Scoperta la “materia oscura” dell’elettronica: osservati per la prima volta i dark eccitoni

C’è una nuova materia oscura scoperta dagli scienziati, questa volta nell’elettronica, tutti i dettagli da conoscere sui dark eccitoni

Negli ultimi anni, la ricerca nel campo dei materiali atomici ha compiuto passi da gigante, aprendo la strada a nuove tecnologie sia classiche che quantistiche. Ecco perché oggi si possono fare scoperte sensazionali.

Un risultato rivoluzionario arriva dall’Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), dove i ricercatori dell’Unità di Spettroscopia a Femtosecondi hanno osservato direttamente l’evoluzione dei cosiddetti “eccitoni oscuri“, particelle finora elusive e difficili da studiare. Questa scoperta, pubblicata su Nature Communications, rappresenta una pietra miliare per lo sviluppo di sistemi informatici avanzati, in grado di sfruttare proprietà quantistiche fino ad oggi inaccessibili.

Gli eccitoni oscuri sono particelle ibride, costituite da elettroni e “buche” positive, che per loro natura interagiscono molto poco con la luce. Questa caratteristica li rende ideali come vettori di informazione quantistica, perché meno soggetti alla degradazione delle proprietà quantistiche. Tuttavia, proprio la loro invisibilità li rende estremamente complessi da osservare e manipolare.

Dunque, com’è stato possibile individuarli? Ecco tutto quello che c’è da sapere a questo proposito.

La ricerca sui dark eccitoni: la “materia oscura” svelata

Grazie a un progresso precedente ottenuto dallo stesso team nel 2020, i ricercatori hanno ora aperto la strada alla creazione, all’osservazione e al controllo di questi eccitoni, gettando le basi per applicazioni future in elettronica avanzata e tecnologia quantistica. Un aspetto chiave di questa scoperta riguarda la “valleytronics”, una branca emergente dell’elettronica quantistica.

Diversamente dall’elettronica tradizionale, che sfrutta la carica degli elettroni, o dalla spintronica, che utilizza il loro spin, la valleytronics sfrutta gli stati di momento degli elettroni all’interno della struttura cristallina dei materiali TMD (dicalcogenuri di metalli di transizione). Gli eccitoni oscuri, essendo più stabili agli effetti ambientali come il calore, permettono di codificare informazioni nelle cosiddette “valleys” con maggiore resistenza alla decoerenza, offrendo così potenzialità significative per i futuri qubit quantistici.

L’intuizione del team di ricerca

Il team dell’OIST ha utilizzato il setup TR-ARPES, dotato di una sorgente XUV compatta, per monitorare simultaneamente spin, momento e popolazione di elettroni e buche. Così hanno osservato la transizione dagli eccitoni luminosi a quelli momentum-dark e spin-dark, che mantengono informazioni sulle valleys per tempi prolungati.

Questa osservazione diretta rappresenta un passo fondamentale verso lo sviluppo della “dark valleytronics”, aprendo la strada a tecnologie capaci di leggere e sfruttare le proprietà dei dark eccitoni in sistemi informatici avanzati. Sicuramente il team ora continuerà in questa direzione cercando di ampliare la ricerca, ma bisognerà attendere ancora qualche anno per risultati che possano essere definiti “concreti” e pratici.