Un nuovo standard per la resistenza elettrica

È stato pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology “Quantum resistance memristor for International System of Units intrinsically traceable standard”, uno studio co-firmato da un gruppo di ricercatori del Politecnico di Torino insieme ai più importanti centri metrologici europei. Questo studio è particolarmente interessante poiché introduce un nuovo standard per la tracciabilità della resistenza elettrica, i memristor.

Dal 2019, le unità di misura del Sistema Internazionale (SI) non sono infatti più basate su campioni standard (chilogrammo, metro e altri), ma sono ricavate da costanti universali come per esempio la velocità della luce.

Per la resistenza elettrica si fa riferimento alla conduttanza elettrica quantizzata (G₀), ottenuta dalla combinazione della costante di Planck (h) e della carica elementare (e) e misurata tipicamente grazie all’effetto Hall quantistico. Questa tecnica se da un lato fornisce valori precisi e riproducibili, dall’altro richiede costosi sistemi criogenici e campi magnetici di grande intensità disponibili in pochi istituti nazionali di metrologia (NMI).

I memristor sono dispositivi nanometrici in grado di modificare la propria conducibilità in base agli stimoli esterni e possono essere utilizzati per fornire valori di resistenza stabili e intrinsecamente correlati con le costanti fondamentali, con la possibilità di programmare la resistenza modificando i nanofilamenti di argento che li caratterizzano. Tali modifiche possono essere regolate a livello atomico anche a temperatura ambiente, generando così salti quantici discreti, corrispondenti a G0 (o multipli) che possono essere misurati con sistemi di lettura convenzionali. Questo approccio apre la strada al concetto di “NMI-on-a-chip”, ovvero la possibilità di integrare a livello di microchip le funzioni precedentemente riservate agli istituti di metrologia.

“I risultati ottenuti e pubblicati sulla prestigiosa rivista Nature Nanotechnology sono il frutto del progetto europeo MEMQuD, dove la ricerca fondamentale di istituzioni accademiche come il Politecnico di Torino e il Forschungszentrum Jülich sul fenomeno di “electrochemical polishing” (grazie al quale si possono “limare” i nanofilamenti a livello atomico) è stata accoppiata al rigore metodologico degli istituti metrologici nazionali di Italia, Turchia, Spagna, Portogallo e Germania”, hanno dichiarato i co-autori dello studio Carlo Ricciardi e Fabio Michieletti, rispettivamente docente e ricercatore post-doc presso il Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia-DISAT e componenti del NaMeS group del Politecnico di Torino.

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