Creato un "nano-buconero"

Grazie alla nanotecnologia, è stato possibile separare a freddo l'atomo simulando la caduta in una singolarità

I nanotubi di carbonio, molto propagandati per le applicazioni in molti materiali e in elettronica, possono anche far parte dei buchi neri su scala atomica.
I fisici dell'Università di Harvard hanno scoperto che un nanotubo ad alta tensione può causare una repentinea accelerazione a spirale di atomi freddi verso l'interno prima di disintegrarsi violentemente. I loro esperimenti, i primi a dimostrare qualcosa di simile a un buco nero su scala atomica, sono descritti sull'ultimo numero della rivista Physical Review Letters.

"In una scala nanometrica, abbiamo creato un insieme inesorabile e distruttivo simile a quello che i buchi neri esercitano sulla materia su scala cosmica", dice Lene Vestergaard Hau, Mallinckrodt professore di fisica e di fisica applicata ad Harvard. "Come importanza per gli scienziati, questo esperimento rappresenta la prima fusione a freddo dell'atomo su nanoscala e apre le porte a una nuova generazione di esperimenti sull'atomo a freddo e su dispositivi di scala nanometrica".

Hau e i co-autori Anne Goodsell, Trygve Ristroph e Jene A. Golovchenko hanno raffreddato una nube di un milione di atomi di rubidio per una frazione di grado sopra lo zero assoluto. I fisici poi hanno lanciato questa nuvola millimetrica di lunghezza atomica, verso un nanotubo di carbonio sospeso, situato a circa due centimetri di distanza e caricato con una tensione di centinaia di volt.
La stragrande maggioranza degli atomi è passata dal filo, ma una piccolissima parte, circa 10 atomi in ogni nuvola di milioni di atomo - sono inevitabilmente stati attratti a spirale dal nanotubo raggiungendo velocità elevatissime.

"Da una partenza a circa 5 metri al secondo, gli atomi freddi hanno raggiunto una velocità di circa 1.200 metri al secondo, o più di 2700 miglia per ora", dice Goodsell, uno studente laureato del progetto e ora un ricercatore post-dottorato in fisica ad Harvard. "Come parte di questa enorme accelerazione, la temperatura corrispondente a un aumento dell'energia cinetica degli atomi è passata da 0,1 gradi Kelvin a migliaia di gradi Kelvin in meno di un microsecondo

A questo punto, gli atomi si sono separati dall'eccesso di velocità in un elettrone e uno ione roteando in parallelo in tutto il nanotubo completando ogni orbita nel giro di pochi trillioni di secondo. L'elettrone alla fine è stato risucchiato nel nanotubo provocando la repulsione degli ioni per la forte carica di 300 Volt - ad una velocità di circa 26 chilometri al secondo, o 59000 miglia all'ora.

L'intero esperimento è stato condotto con grande precisione, permettendo agli scienziati di separare a freddo l'atomo e di approfondire i processi su scala nanometrica.

"La scienza a freddo dell'atomo su nanoscala è dotata ora di eccitanti nuovi sistemi per lo studio e per le applicazioni", spiega Golovchenko, Rumford professore di fisica e Gordon McKay Professor di Fisica Applicata ad Harvard. "Questa è la prima realizzazione sperimentale di un sistema combinato di atomo a freddo su una nanostruttura. Il nostro sistema di sondaggio si dimostra sensibile all'atomo, all'elettrone, e alla dinamica degli ioni su scala nanometrica".

I nanotubi di carbonio a parete singola utilizzati in esperimenti di successo come questo, sono stati ribattezati dai ricercatori "Lucy", e i loro contributi sono riconosciuti nel documento del Physical Review Letters. Il nanotubo è stato prodotto per deposizione chimica di vapore attraverso un varco di 10 micron in un chip di silicio che fornisce i nanowire sia con supporto meccanico che con contatto elettrico.

"Dal punto di vista atomico, il nanotubo è infinitamente lungo e sottile, creando un effetto singolare su di esso", Hau dice.

Questo lavoro è stato sostenuto dalla Air Force Office of Scientific Research e dalla National Science Foundation.

A cura di Arthur McPaul

Link: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/04/100406125716.htm