Un nuovo spin per la manipolazione della luce

Una delle proprietà più importanti ed unicamente quantistiche delle particelle elementari è lo spin. Questo momento angolare intrinseco è estraneo alle parti in movimento, è quantizzato (è dotato solo di alcuni valori discreti) e, nel caso dei fotoni, può essere polarizzato o sostanzialmente allineato in una determinata direzione.

Le proprietà quantistiche di un quanto di luce, il fotone, stanno aprendo le porte a nuovi incredibili dispositivi che fino a qualche tempo fa erano considerati fantascienza. La spin-optronica è in un campo importante e nuovo emergente che studia lo spin e la polarizzazione ottica nei solidi con l’obiettivo di creare dispositivi optoelettronici quantistici. Dieci importanti team europei hanno unito le forze per preparare una nuova generazione di scienziati in quest’area di ricerca strategica con il finanziamento dell’UE del progetto SPIN-OPTRONICS (“Spin effects for quantum optoelectronics”).

I 18 ricercatori di livello iniziale ed esperti hanno condotto ricerche all’avanguardia in 4 aree principali sotto la guida e tutorato dei partner SPIN-OPTRONICS. Risultati innovativi sono stati raggiunti in tutti i settori.

Il controllo reversibile dei singoli spin è di grande interesse per lo sviluppo di dispositivi spintronici. I ricercatori hanno affrontato con successo le principali difficoltà connesse al controllo di singoli spin in dispositivi a punti quantici e hanno dimostrato tale controllo in diversi sistemi.

Gli scienziati hanno anche sviluppato diodi a emissione luminosa con semiconduttori entangled (ELED). L’entanglement quantistico si verifica quando lo stato quantistico di una particella dipende da quello di un’altra. Gli ELED sono stati utilizzati in esperimenti innovativi legati all’elaborazione delle informazioni quantistiche e alla comunicazione quantistica sicura (distribuzione quantistica delle chiavi).

Sono stati inoltre esplorati le interazioni di spin e gli effetti magnetici, portando alla realizzazione di una nuova classe di eterostrutture ibride di spin-optronica. Il progetto non sarebbe completo senza la fornitura di dispositivi effettivamente funzionanti. Gli scienziati hanno sviluppato diversi circuiti basati polaritoni (diodi tunnel, interferometri, switch), sfruttando nuove particelle ibride costituite da fotoni fortemente accoppiati a un dipolo elettrico. Il progetto ha inoltre dimostrato che i flussi di polaritoni sono in grado di sostenere la propagazione delle correnti di spin superfluide e degli analoghi di carica magnetica, spostandosi vicino alla velocità della luce e costituendo pertanto un vettore molto promettente per il trasferimento ultraveloce dell’elaborazione delle informazioni.

La rete di formazione SPIN-OPTRONICS ha ampliato i confini di uno nuovo settore emergente il cui potenziale per il futuro sfruttamento commerciale è enorme. Stabilire una leadership mondiale con un nucleo di ricercatori europei aprirà la strada a importanti vantaggi per l’UE e la sua economia in un momento di grave crisi economica.