I chimici della Columbia potenziano il microscopio stroboSCAT per seguire singole particelle quantistiche
Un metodo di ciclizzazione dell'intensità permette ai ricercatori di isolare singoli elettroni e quasiparticelle in movimento nei semiconduttori bidimensionali
Il chimico Milan Delor e lo studente dottorando Jack Tulyag, alla Columbia University, hanno potenziato uno strumento di imaging ottico chiamato stroboSCAT per osservare in tempo reale singoli portatori di energia quantistica. Descritto in un articolo pubblicato su Nature Materials, il sistema migliorato filtra il rumore di misura ciclando l'intensità del laser, rendendo così possibile isolare singoli elettroni in movimento attraverso semiconduttori bidimensionali.
Ciclare l'intensità della luce per isolare le singole cariche
Il più recente strumento stroboSCAT, innovazione di rottura nell'imaging su scala nanometrica, si basa su impulsi luminosi simili a quelli di uno stroboscopio per filmare il modo in cui l'energia si muove nei materiali solidi. Il chimico e inventore Milan Delor ha sviluppato il microscopio nel 2019, mentre lavorava come ricercatore post-dottorato con Naomi Ginsberg all'Università della California, Berkeley, come riportato da Phys.org. Nel corso di diversi anni, il Delor Lab della Columbia ne ha migliorato la risoluzione temporale fino ai femtosecondi e la precisione spaziale fino a pochi nanometri, seguendo entità che vanno dagli elettroni alle quasiparticelle neutre dal punto di vista della carica, come eccitoni e fononi. Le versioni precedenti richiedevano alte densità di portatori di carica, il che faceva scomparire le singole particelle nel rumore di fondo mentre si disperdevano nel campione.
«Questo per me è un passo avanti decisivo. Possiamo ottenere informazioni sul trasporto senza preoccuparci degli artefatti dovuti alle interazioni a molti corpi»
— Milan Delor, chimico alla Columbia University
Una soluzione adattata dalla spettroscopia
Per risolvere il problema del rumore, il gruppo ha adattato un approccio spettroscopico introdotto originariamente da ricercatori dell'Università di Würzburg e dell'Università di Ottawa. Mentre il metodo originale raccoglieva dati spettroscopici senza dettagli spaziali, Delor e Tulyag hanno applicato il concetto all'imaging spaziale modulando l'intensità della luce usata per stimolare il materiale. Questa ciclizzazione permette al sistema di distinguere i singoli stati quantistici dalle interazioni collettive delle particelle mentre viaggiano nello spazio reale, come dettagliato da Phys.org. Questa invenzione elimina le interferenze causate dagli artefatti a molti corpi, consentendo ai ricercatori di registrare misurazioni di trasporto pulite in un semiconduttore 2D.
Mappare i difetti e progetti dello strumento aperti
Oltre a osservare singole particelle, la tecnica aggiornata può isolare dinamiche multi-particella, comprese le interazioni a due e a tre particelle. I ricercatori lo hanno dimostrato mappando come i difetti cristallini alterano le proprietà elettroniche locali dei materiali 2D e seguendo le transizioni di fase indotte dalla luce in un solido superatomico. Invece di depositare un brevetto o limitare la proprietà intellettuale, Delor ha confermato a Phys.org che il gruppo sta distribuendo i progetti e il software di gestione del microscopio per favorirne un'adozione più ampia nei laboratori. In seguito, il gruppo della Columbia prevede di studiare le coppie di Cooper, gli elettroni appaiati responsabili della superconduttività, nonché i condensati quantistici macroscopici.
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Tradotto automaticamente dall’originale inglese. Leggi l’originale
