Nottolino quantistico: differenze tra le versioni

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Nel [[2001]], Heiner Linke, un [[fisico]] [[Svezia|svedese]] allora all'Università di Lund, è riuscito a realizzare un '''cricchettonottolino quantistico''' (''quantum ratchet''), in grado di creare una corrente di elettroni a partire da un potenziale medio nullo. Questo risultato a prima vista paradossale può essere spiegato con semplici regole di matematica. Vediamo prima alcuni concetti necessari a comprendere come sono possibili meccanismi di questo tipo.

==CricchettiNottolini termici==

I cricchettinottolini browniani, o termici, (''Brownian ratchets'') hanno una lunga storia in fisica. In una sua conferenza, il Premio Nobel per la fisica [[Richard P. Feynman]] descrive un ''cricchettonottolino browniano'', e spiega il perché tale meccanismo non possapuò generare il [[moto perpetuo]].

Il cricchettonottolino di Feynman consiste in una [[ruota dentata]], una [[molla]], un

dente d'arresto, un asse con delle pale. L'asse si collega alla ruota

dentata, la quale viene tenuta in posizione dal dente e dalla molla. I

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perpetuo, in accordo ai principi della termodinamica.

==CricchettiNottolini browniani funzionanti==

Tuttavia, esiste un metodo per riuscire a ricavare un lavoro

dall'[[agitazione termica]], a patto di accettare qualche volta di compiere

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effettuato grazie alla combustione di una molecola di ATP.

==Simulazione di cricchettonottolino termico==

Tutto questo sembra poco probabile, eppure è possibile simularne gli

effetti con un semplice gioco "da tavolo". Ipotizziamo una serie di

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</code>

==Realizzazione di cricchettinottolini quantistici==

[[Immagine:Nottolino_quantico.jpg|thumb|right|300px|CricchettoNottolino quantistico]]

Trasportando il discorso sul piano della fisica dei quanti, i componenti di un cricchettonottolino quantistico diventano l'[[interferenza]] tra le [[equazione di Schrödinger|funzioni d'onda]], la [[quantizzazione]] dei livelli energetici e l'[[effetto tunnel]].

Linke e i suoi colleghi hanno utilizzato allo scopo dei punti quantici triangolari. Questi consistono

in buche di potenziale, in cui gli [[elettrone|elettroni]] hanno difficoltà a passare per il vertice.

Ad alta [[temperatura]], gli elettroni si comportano all'incirca come cricchettinottolini browniani, similmente agli ioni nelle pompe molecolari: sottoposti ad un [[potenziale]] oscillante, fluiscono dal vertice e generano dunque una corrente anche se il potenziale medio è nullo. A bassa temperatura, il meccanismo si comporta come un cricchettonottolino quantistico: gli elettroni fluiscono dai lati del [[triangolo]] in quanto il gap di energia necessario a superare l'ostacolo per effetto tunnel è minore in quella direzione.

==Utilizzi pratici==

Come abbiamo visto, realizzare motori di dimensioni molecolari, richiede un ripensamento del concetto di funzionamento: nei motori macroscopici, l'energia viene utilizzata per produrre un movimento utile al motore, mentre in campo molecolare si devono bloccare quelli inutili nel caos delle agitazioni termiche o delle interferenze probabilistiche.

La possibilità di gestire singoli elettroni, pur con i limiti descritti precedentemente, senza dover calibrare con altrettanta precisione i campi, offre molte possibilità all'elettronica di precisione, come la realizzazione di pompe di elettroni per la nanoelettronica, o l'amplificazione dei segnali lungo cavi di dimensioni molecolari. Inoltre i cricchettinottolini quantistici possono essere impiegati per moderare i vortici di corrente all'interno dei superconduttori, problema fondamentale per la realizzazione di magneti e cavi a superconduzione.

== Bibliografia ==

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== Voci correlate ==

*[[Meccanica quantistica]]

*[[CricchettoNottolino browniano]] o [[cricchettonottolino termico|termico]]

{{portale|Fisica}}

[[Categoria:Meccanica quantistica|CricchettoNottolino quantistico]]