graphene

Single Electron Transistor1 atom thick, 100 atoms wide

L. A. Ponomarenko et al., Science 320, 356 (2008)

graphene

                                                                               .

R.R. Nair et al. arXiv:0803.3718v1

You can see α, the fine-structure constant, fundamental physical constant characterizing the strength of the electromagnetic interaction

Discovered in 2006

transistors….

Elettroni si comportano come particelle con massa zero che viaggiano alla velocita’ della luce superconduttori …

Sistemi con strutture nanometriche che potete comprare oggi in un negozio?

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TESTINE DI LETTURA DI HARD DISK

8 strati atomici di Cu

Albert Fert and Peter GrünbergNOBEL 2007(physics)

for GMR

Motivations:“TRADITIONAL” MAGNETIC MASS STORAGE DEVICES

1 Gb/mm2=1 bit 300 x 300 nm2 Superparamegnetic limit?

TODAY

NEW STORAGE DEVICES (2008- IBM)Magnetic Racetrack Memory (100 times faster than the HDs, more

reliable, same density) 50 nm

We need analysis of

magnetic structuresmagnetization curvesmagnetic moments………….

with (sub)nanometric resolution

Sistemi con strutture nanometriche che potete comprare oggi in un negozio

10 nm

DIODI LASER

Se il pozzo quantico e’ piu’ largo di poche decine di nm il diodo laser non funziona

Le proprieta’ di una nanostruttura dipendono dalla posizione e natura di ogni atomo

Un uso pratico e diffuso delle nanotecnologierichiede il controllo della fabbricazione,

della caratterizzazione e della manipolazione atomo per atomo

XSTMInAsN Quantum Dot

NIn

GaAs

InGaAsQD

GAP

5 nmTunneling spectroscopy

Su strutture fatte da un piccolo numero di atomi ogni atomo conta

SPINTRONICA:

Dispositivi che operano agendo sullospin degli elettroni, non sulla carica

Potenzialmente minor consumo energetico e maggior velocita’rispetto all’elettronica

Servono semiconduttori ferromagnetici

Esempio: Mn in GaAs

Funzione d’onda 3d di singoli atomi di Mn

Atomi di As

Per ottenere materiali funzionanti occorre conoscere e ottimizzare l’interazione magnetica tra i singoli atomidi Mn

J. C. Davis et al. Nature Physics 4, 319 - 326 (2008)

SUPERCONDUTTORI AD ALTA TEMPERATURA CRITICA

Esempio: Bi2Sr2CaCu2O8-δ7 nm

Le proprieta’ elettroniche variano fortemente suscala nanometrica. Questo e’ un importante contributo alla comprensione della superconduttivita’ad alta T

TOPOGRAPHY SPIN-SENSITIVE STM

Sn atoms

MAGNETISM AT THE ATOMIC LEVEL

The spin atom by atom

3 nm

D.M. Eigler, Science 262, 218 (1993)

Quantum Corrals

STMScanning Tunneling Microscope

Tunneling current ~ local density of states of the sample at the tip position

THE TIPS

W tip

W tip

Fe tip

MANIPULATING THE TIPS

THE TIP:

How it changes

THE IMAGESIT MAKES

TASC-INFMArea di Ricerca, Basovizza

STM

FIBMBE

DETERMINAZIONE DELLA STRUTTURA DI INTERFACCE ORGANICO-INORGANICO

A.Cossaro et al., Science 321, 943 (2008)

ALOISA beamline

SORGENTE DI RADIAZIONEDI SINCROTRONE:

ANELLO DI ACCUMULAZIONEELETTRA

Linee di luce (beamlines)

Stazioni sperimentali

FREE ELECTRON LASER

FERMI

(in costruzione)

acceleratore lineare

ondulatorisala sperimentale

Laser a raggi xImpulsi da 10-100 fs con 1014-1015 fotoni

Ottenere la struttura con risoluzione atomica di una proteina non cristallizabile usando una sola molecola e un singolo impulso FEL da 10 fs

Sara’ possibile

1 Ǻ

Figura di diffrazionemolecole

struttura con risoluzione atomica

Oggi possiamo analizzare atomo per atomo una nanostruttura

Possiamo costruire atomo per atomo una struttura in piccolissime quantita’

Nuovi fenomeni fisici interessanti, sorprendenti e utili

Dobbiamo imparare a costruire nanostrutture definite su scala atomica tutte uguali in grosse quantita’

Dobbiamo imaparare ad analizzarle su scala atomica in grosse quantita’ e velocemente

Computer quantistici…………..