Il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano è salito alla cronaca scientifica per aver messo a punto un nuovo dispositivo optoelettronico chiamato cella fotovoltaica di spin. Nulla a che fare con il fotovoltaico che produce elettricità sfruttando i raggi solari: qui siamo nel settore dei circuiti integrati dove l’esigenza di dispositivi sempre più veloci ed efficienti ha imposto l’incessante miniaturizzazione, con l’obiettivo di ottenere una crescita esponenziale del numero di transistor sullo stesso chip. “Tuttavia – spiega Marco Finazzi, portavoce del progetto – esistono alcuni limiti fisici a questa continua riduzione di scala e dunque la comunità scientifica internazionale sta da tempo investigando strade alternative, una delle quali si basa sul controllo e utilizzo non solo della carica elettrica degli elettroni, ma anche di una ulteriore proprietà fondamentale messa in evidenza dalla fisica quantistica: lo spin”.

Questa particolare caratteristica prevede che un elettrone si comporti come un minuscolo ago magnetico, che può avere due diverse configurazioni: quella in cui il “polo nord” punta verso l’alto è chiamata “spin-up”, mentre nel caso contrario è detto “spin-down”.

“È da un paio d’anni che stiamo lavorando allo studio della dinamica dello spin nei semiconduttori – prosegue Finazzi – anche se, a dire il vero, Franco Ciccacci, direttore del dipartimento di Fisica a tematiche simili si sta dedicando sin dagli anni Ottanta”. Ed è proprio Franco Ciccacci ad aver firmato l’articolo recentemente apparso su Nature Materials dedicato alla “scoperta”.

La cella fotovoltaica di spin sviluppata al Politecnico, anche grazie alla collaborazione dei ricercatori dell’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del Cnr, a differenza di una comune cella fotovoltaica, che utilizza la luce per separare le cariche positive e negative all’interno di materiali semiconduttori quali il silicio e il germanio e produrre correnti elettriche, separa le cariche unicamente in base alla configurazione del loro spin (“up” o “down”) in questo modo si potranno alimentare nuovi dispositivi nei quali verranno sfruttate sia le proprietà elettroniche sia le proprietà magnetiche delle singole cariche capaci di svolgere molte più funzioni degli odierni transistor. “Siamo di fronte a una nuova era – spiega Finazzi – in cui luce, cariche elettroniche e spin potranno interagire in particolari circuiti chiamati opto-spintronici”.

Gli studi continuano con il costante apporto di ben sette ricercatori più un dottorando nei laboratori del Dipartimento di Fisica sia presso il campus Leonardo del Polimi, sia presso il Polo di Como.