(Phys.org) - No hay nada peor que una mesa de billar deslumbrante con un surco o un golpe que no se ve que desvíe su tiro:un nuevo estudio ha encontrado que lo mismo ocurre en la nanoescala, donde las "bolas de billar" son pequeños electrones que se mueven a través de una "mesa" hecha del semiconductor arseniuro de galio.

Estas diminutas mesas de billar son de interés para el desarrollo de futuras tecnologías informáticas. En un artículo de investigación titulado "El impacto de la dispersión en ángulos pequeños en el transporte balístico en puntos cuánticos", un equipo internacional de físicos ha demostrado que en este juego de “billar de semiconductores”, los pequeños golpes tienen un efecto inesperadamente grande en los caminos que siguen los electrones.

Mejor aún, el equipo ha ideado un rediseño importante que permite solucionar estos problemas. El estudio, dirigido por investigadores de la Facultad de Física de la UNSW, se publica en la revista Cartas de revisión física .

El equipo incluía a colegas, de la Universidad de Oregon (EE. UU.), Instituto Niels Bohr (Dinamarca) y Universidad de Cambridge (Reino Unido).

"Reducido un millón de veces de la variedad de bares locales, Estas mesas de billar microscópicas se enfrían justo por encima del cero absoluto para estudiar ciencia fundamental, por ejemplo, cómo funciona la teoría del caos clásica en el límite de la mecánica cuántica, así como preguntas con aplicación útil, como la forma en que la naturaleza ondulatoria del electrón afecta el funcionamiento de los transistores, ”Dice el profesor asociado Adam Micolich, miembro del equipo. "Al hacer esto, las impurezas y defectos en el semiconductor presentan un serio desafío ”.

Se utilizan materiales ultralimpios para eliminar las impurezas que provocan la retrodispersión (similar a dejar un vaso en la mesa de billar), pero hasta ahora no ha habido forma de evitar los átomos de silicio ionizados que suministran los electrones.

"Su efecto electrostático es más sutil, esencialmente deformando la superficie de la mesa ", explica Micolich.

Estudios anteriores asumieron que esta deformación era insignificante, con los caminos de los electrones determinados solo por la forma de la mesa de billar (por ejemplo, cuadrado, circular, en forma de estadio).

"Descubrimos que podemos" reconfigurar "la deformación calentando la mesa y enfriándola de nuevo, con los caminos de los electrones cambiando radicalmente en respuesta, ”Dice el profesor Richard Taylor de la Universidad de Oregon. "Esto muestra que la deformación es mucho más importante de lo esperado".

Utilizando un nuevo diseño de billar desarrollado durante el trabajo de doctorado en la UNSW por el autor principal, el Dr. Andrew See, se eliminan los dopantes de silicio, eliminando la deformación asociada, y permitir que las rutas de los electrones permanezcan iguales cada vez que enfrían el dispositivo para su estudio.

“Estos dispositivos de billar sin dopar señalan a los dopantes de silicio como la causa de la deformación. El nivel de mejora obtenido al eliminar el silicio fue inesperado, el trabajo anterior en dispositivos mucho más grandes sugirió que no veríamos este nivel de mejora.

Pero a nanoescala, los átomos dopantes realmente marcan una gran diferencia, dice Micolich, "En última instancia, nuestro trabajo proporciona información importante sobre cómo hacer mejores dispositivos electrónicos a nanoescala, aquellos en los que las propiedades son más predecibles, y más consistentes cada vez que los usamos ".