Il fenomeno degli elettroni balistici, dove i portatori di carica si muovono quasi senza subire perdite, eludendo la dispersione causata dai difetti strutturali, rappresenta un'area di ricerca fondamentale per lo sviluppo dei materiali quantistici moderni. Questo specifico comportamento, che si manifesta in modo peculiare in ambienti caratterizzati da dimensionalità limitata, schiude prospettive significative per l'elettronica del futuro, promettendo dispositivi notevolmente più veloci e con un consumo energetico ridotto. Per progredire in questo campo, scienziati del Forschungszentrum Jülich e della RWTH Aachen University hanno ideato un modello innovativo, capace di identificare questa particolare tipologia di flusso elettronico in condizioni che riproducono fedelmente gli allestimenti sperimentali reali.
I canali balistici, che si formano in corrispondenza dei bordi dei materiali topologici bidimensionali, sono considerati la piattaforma essenziale per la realizzazione di circuiti ad alta efficienza e per la creazione di qubit stabili nei computer quantistici. Il nuovo approccio teorico si basa sui principi fondamentali del trasporto di carica balistico, originariamente stabiliti da Rolf Landauer. Il modello classico di Landauer presupponeva uno scenario altamente idealizzato, in cui gli elettroni potevano accedere o abbandonare il canale esclusivamente nei suoi punti terminali. Tuttavia, la recente elaborazione condotta dai ricercatori di Jülich supera tale limitazione, riconoscendo che il canale di carica balistica non opera in isolamento, ma costituisce una parte integrante di un materiale conduttore più esteso che è responsabile dell'iniezione della corrente.
Questo significa, in termini pratici, che gli elettroni hanno la possibilità di penetrare o lasciare il canale lungo tutta la sua estensione, un dettaglio che si allinea in modo preciso con le osservazioni effettuate in laboratorio. Il Dottor Christoph Murs, primo autore della ricerca, ha evidenziato che questa svolta permette per la prima volta di descrivere il comportamento dei canali di bordo in modo pienamente coerente con la realtà operativa. La teoria proposta, ha aggiunto, è in grado di fornire segnali inequivocabili (o 'firme') per la determinazione certa della corrente balistica senza perdite e per la sua netta distinzione dal trasporto di carica dissipativo convenzionale.
Il modello è specificamente progettato per prevedere distribuzioni di tensione caratteristiche che possono essere registrate direttamente utilizzando strumenti avanzati come nanosonde o microscopi a scansione multi-sonda. La capacità di distinguere in modo netto tra correnti balistiche e dissipative è un passaggio di importanza cruciale per la conferma definitiva dell'esistenza di questi inusuali canali di conduttività e per il loro effettivo impiego pratico nei dispositivi di prossima generazione. La ricerca sui materiali topologici, inclusi gli isolanti topologici che manifestano un comportamento balistico sulla superficie, è intensamente attiva con l'obiettivo di sviluppare transistor ultraveloci. La modellazione accurata di questi effetti non solo convalida la teoria, ma influisce direttamente sulla progettazione di nuovi materiali con proprietà elettroniche specifiche e ottimizzate, ponendo così le basi per le tecnologie a semiconduttore del futuro.