Dopo l’elettronica è in arrivo l’atomtronica: mentre nella prima la corrente scorre in metalli o semiconduttori, nell’atomtronica correnti di atomi neutri si muovono in circuiti costruiti con la luce laser, aprendo la strada alle tecnologie quantistiche del futuro.

Per la prima volta un team di ricerca ha iniettato una corrente alternata all’interno di un sistema formato da atomi raffreddati a temperature vicine allo zero assoluto, chiamato giunzione Josephson. Separati da una barriera di luce sottilissima e apparentemente impenetrabile, gli atomi sono invece riusciti ad attraversarla tutti insieme senza perdere energia, grazie all’effetto tunnelling quantistico.

La scoperta è arrivata grazie a un esperimento condotto dal LENS, il laboratorio europeo di spettroscopia non lineare di Sesto Fiorentino, con il CNR-INO e il contributo teorico dell’Università di Catania e del Technology Innovation Institute (Tii) di Abu Dhabi, che aveva previsto l’effetto.

“Un risultato che conferma il ruolo di leader dell’Italia in questo campo, anche attraverso il LENS – commenta l’esperto di fisica quantistica Massimo Inguscio, membro dell’Accademia dei Lincei -. La grande competenza in questo settore consente al nostro Paese di sviluppare iniziative di tipo industriale. Questa tecnologia, per esempio, può aprire la strada a nuove strategie per il risparmio energetico“.

Come spiega Giacomo Roati, dirigente di ricerca del CNR-INO che ha coordinato l’esperimento, “le giunzioni Josephon, nelle loro versioni realizzate con atomi ultrafreddi, offrono un controllo senza precedenti ed un funzionamento sostenibile a bassissimo consumo energetico, consentendo di osservare direttamente i meccanismi microscopici che determinano il loro comportamento macroscopico”.

Quando si applica una corrente oscillante, gli atomi che attraversano la barriera creano una differenza di potenziale a “gradini”, la cui altezza risulta proporzionale alla frequenza della corrente stessa. Questi gradini sono noti come Shapiro steps. “Grazie all’elevato livello di controllo ed alla precisione con cui possiamo manipolare gli atomi della giunzione, siamo riusciti a svelare il meccanismo fisico di sincronizzazione che dà origine agli Shapiro steps in giunzioni atomiche”, aggiunge Giulia Del Pace, ricercatrice dell’Università di Firenze e prima firmataria dello studio.

“Si tratta di un importante esperimento di atomtronica – ha commentato Luigi Amico, coordinatore del gruppo teorico dell’Università di Catania e del TII -. Questo settore ha grandi potenzialità per le tecnologie quantistiche del futuro per lo sviluppo di nuovi dispositivi atomici ad altissima sensibilità”.

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