• punti quantici
• spin
• nanofili
• quantum dot

Questo lavoro di tesi è stato svolto presso il Laboratorio NEST di Pisa e dedicato allo studio dello spettro energetico di punti quantici (QD) in nanofili eterostrutturati di InAs/InP in presenza di un campo elettrostatico: la diversità dell’impatto del campo esterno sugli orbitali del QD ha reso possibile il controllo della separazione tra i livelli energetici. In particolare, in corrispondenza di degenerazioni tra i livelli è stato analizzato il ruolo degli effetti dell'interazione di scambio ed evidenziate transizioni dallo stato di singoletto (S=0) allo stato di tripletto (S=1).
La prima parte del tirocinio si è svolta nella clean room, dove ho fabbricato i dispositivi necessari all'osservazione di questo fenomeno. Durante questo periodo ho appreso le principali tecniche di nanofabbricazione, tra cui la litografia UV, la litografia elettronica, l'evaporazione di elettrodi metallici e la passivazione dei nanofili, oltre ad acquisire praticità con i principali strumenti di microscopia ottica ed elettronica (SEM). Ho così fabbricato, su un substrato di silicio ricoperto da 250 nm di SiO2, vari transistor ad effetto di campo basati su nanofili (NW-FET) forniti di coppie di elettrodi metallici adatti alla generazione di campo elettrico da applicare al QD definito dall'eterostruttura di InAs/InP.
Nella seconda parte del tirocinio ho studiato le proprietà di conduzione dei dispositivi realizzati, osservando in particolare il regime di Coulomb blockade a basse temperature. Modulando la differenza di potenziale applicata ai due elettrodi metallici mediante un generatore di tensione, ho studiato la dipendenza dei livelli energetici dal campo elettrico applicato. Durante questa fase ho studiato l'effetto dell'interazione di scambio nel determinare la transizione di spin, sperimentalmente osservabile in corrispondenza delle degenerazioni tra i livelli. Lo spettro energetico è stato studiato anche in presenza di campo magnetico (fino a 12 T) e all'aumentare della temperatura (fino a 30 K).
Questo lavoro rappresenta la prima dimostrazione sperimentale della possibilità di controllare per via esclusivamente elettrostatica lo stato di spin di un singolo punto quantico. Ritengo inoltre che questi risultati siano di interesse sia per studi di fisica di base sui fenomeni a molti corpi o dipendenti dallo spin, sia per applicazioni in elettronica e spintronica in quanto è stata introdotta una tecnica per la manipolazione dello spin di una nanostruttura che è di semplice implementazione e non richiede l'utilizzo di campi magnetici.