I fisici del Jila, un polo scientifico nato dalla collaborazione tra il National Institute of Standards and Technology (Nist) e l’Università del Colorado (Usa), hanno scoperto un particolare comportamento collettivo delle particelle elettroniche nei semiconduttori. Lo studio, pubblicato su Pnas, potrebbe rivelarsi molto utile nella progettazione di nuovi strumenti nel campo dell’optoelettronica.
Alcuni di questi, come i diodi laser utilizzati nelle telecomunicazioni, presentano infatti diversi problemi non ancora risolti. Cercando di prevedere le caratteristiche di un nuovo tipo di diodo, i progettisti hanno scoperto impercettibili interazioni delle particelle nei semiconduttori utilizzati per la costruzione di questi laser.
I fisici del Jila hanno quindi cercato di studiare il fenomeno, colpendo sottili strati di arseniuro di gallio (GaAs) con serie continue di tre impulsi laser prossimi all’infrarosso, della durata di appena 100 femtosecondi (10−15 secondi, ovvero un milionesimo di miliardesimo di secondo) ciascuno. I ricercatori hanno così potuto rilevare la formazione di trilioni di strutture, proprie di uno stato eccitato della materia solida, chiamate eccitoni. Per eccitoni si intendono delle “quasiparticelle” formate dagli stessi elettroni eccitati e dal vuoto lasciato a causa loro “salto” a livelli energeticamente più alti.
Modificando la frequenza e l’orientamento del campo elettrico e analizzando come il semiconduttore altera l’intensità (l’energia) e la fase (il momento di inizio d’onda) della luce, i ricercatori hanno identificato una associazione tra coppie di eccitoni con differenti livelli di energia o con differenti masse elettroniche. I dati sperimentali, uniti alle previsioni teoriche delle proprietà elettroniche dei semiconduttori, confermano un comportamento collettivo di queste quasiparticelle.(t.m.)
