16mila euro (lordi) al mese, il 60% in più rispetto alla media comunitaria e 11mila e spiccioli dei quali di indennità parlamentare. Dalla Camera è giunta una repentina smentita, l'indennità parlamentare dei deputati italiani " è pari mediamente a 5mila euro netti" e inferiore a quella di altri paesi Ue, ma ormai la frittata (mediatica) è fatta: almeno per qualche giorno, il primo problema del paese riguarda il gonfiore dei portafogli di chi lo governa.

Dimensioni, smisurate o meno, delle buste paga, si tratta di dati che vanno analizzati a braccetto con quelli sull'attività dei soggetti in esame. In parole povere: quanto guadagnano, ma soprattutto cosa fanno per guadagnarsi lo stipendio? In soccorso di chi vuol farsi un'idea più strutturata giunge Openpolis, associazione che monitora online l'attività di Camera e Senato e che ha tolto il velo proprio in queste ore sul rapporto Camere aperte 2011.

L'analisi, aggiornata a fine 2010, tiene il dito premuto sul polso della situazione grazie al calcolo dell'indice di produttività parlamentare, cioè la somma di una serie di variabili (atti e tipologia di atti presentati, presenza ai lavori, consenso dei colleghi, ecc) che dia un'idea quanto più precisa della partecipazione attiva dei nostri, e riapre il vaso di Pandora della pubblicazione in Rete dei redditi ( qui ci chiedevamo sia giusto pubblicare quelli dei cittadini). I trasparenti, quanti mettono online la loro dichiarazione patrimoniale, sono solo 45 (22 del Pd, 4 dell'Udc, 11 del Pdl, 3 del  Gruppo Misto, 3 della Lega e 2 di Fli).

Tornando alla produttività, a distinguersi fra i deputati sono Antonio Borghesi (IdV), Pier Paolo Baretta (Pd) e Franco Narducci (Pd). Sul podio dei senatori, Gianpiero D'Alia (Udc), Carlo Vizzini (Udc) e Lucio Malan (Pdl). Maglia nera, invece, per i deputati Niccolò Ghedini (Pdl), Antonio Angelucci (Pdl) e lo scomparso  Mirko Tremaglia (Fli) e per i senatori Sebastiano Burgaretta Aparo (Pdl), Alberto Tedesco (Pd) e Vladimiro Crisafulli (Pd). A livello di gruppi, i personaggi più virtuosi appartengono all' Idv, sia in Camera sia in Senato. La Lega si distingue con percentuali particolarmente basse, 6,3 Camera e 3,6 Senato, per ciò che concerne le assenze.

E di mancate presenze parlando quando c'è da alzare la mano, svettano i deputati Antonio Gaglione (Misto), ancora Ghedini (Pdl) e Tremaglia (Fli) con, rispettivamente, il 92% (!), il 76% e il 76,% delle assenze. Stesso discorso per i senatori Umberto Veronesi (Pd e 72% delle assenze), Emma Bonino (Pd, 68%) e Giovanni Pistorio (Misto 67%). Non se ne perdono una, invece, i deputati Remigo Ceroni (Pdl, 99% delle presenze), Rosy Bindi (Pd, 99%) e Paolo Vella (Pdl, 99%) e i senatori Cristiano De Eccher (Pdl, 99%), Madell Valli (Lega, 99%) e Mario Ferrara (Pdl, 99%). Per citare un'altra delle graduatorie stilate, i più attivi nella presentazione di progetti di legge sono la deputata Gabriella Carlucci (Pdl), 95 ddl messi sul tavolo e uno diventato legge, e il senatore Rosario Costa (Pdl), 76 ddl e una legge.

Fonte: wired.it

Researchers working at the Clarendon Laboratory at the University of Oxford in England have managed to get one small diamond to communicate with another small diamond utilizing "quantum entanglement," one of the more mind-blowing features of quantum physics.

Entanglement has been proven before but what makes the Oxford experiment unique is that concept was demonstrated with substantial solid objects at room temperature.

Previous entanglements of matter involved submicroscopic particles, often at cold temperatures.

The vibrational states of two spatially separated, millimeter-sized diamonds are entangled at room temperature by scattering a pair of strong pump pulses (green). The generated motional entanglement is verified by observing nonclassical correlations in the inelastically scattered light. Credit: Dr. Lee and colleagues, Image Copyright Science|AAAS

This experiment employed millimeter-scale diamonds, "not individual atoms, not gaseous clouds," said Ian Walmsley, professor of experimental physics at Oxford's Clarendon Laboratory, one of the international team of researchers.

The experiment is reported in this week's edition of Science.

When zapping one artificial diamond with ultrashort laser pulses they managed to change the vibrations of a second diamond sitting a half a foot away without touching it.

Entanglement originated in the mind of Albert Einstein, who ironically came up with the notion trying to disprove quantum mechanics, a branch of physics he mistrusted all his life.

Under the theory, if two particles, say electrons, are created together, some of their attributes will become "entangled." If the two are then separated, doing something to one instantly affects the other. This would happen whether they were next to each other or across the universe.

For instance, electrons act as if they have tiny bar magnets that point up or down, described by an attribute called "spin." If the two electrons are entangled through their spins -- up or down -- and a scientist measures the spin of one, the spin of the other will react even if one is on a lab table in Oxford and the other were on a planet near the star Antares, 1,000 light years away. Instantly.

This would mean that the information about the change traveled faster than the speed of light -- which Einstein said was impossible -- or that long distances are some kind of illusion.

Einstein disparaged it as "spooky action at a distance." The German physicist Erwin Schrodinger used the term "entanglement" in a letter to Einstein. He didn't believe in quantum mechanics either.

"I think I can safely say no one understands quantum mechanics," the late physicist Richard Feynman once famously explained.

Nonetheless, quantum mechanics is now the paradigm for nature at the atomic level. It serves as the foundation of much of modern technology, from lasers to transistors. And entanglement comes as part of the package. Physicists have been demonstrating it in laboratories since the 1980s, and it is being used in laboratories experimenting with the building blocks of quantum computers.

The diamonds Walmsley and his international team used were approximately 3 millimeters (a tenth of an inch) square and 1 millimeter thick.

"We used short pulse lasers with pulse durations of around 100 femtoseconds (a quadrillionth of a second). A femtosecond is to a second as a nickel is to the debt of the federal government generally speaking," he said.

They chose diamonds because they are crystals, so it was easier to measure molecular vibrations, and because they are transparent in visible wavelengths. Light from the lasers altered a kind of mass vibration in the diamond crystal called phonons, and the measurements showed they were entangled: The vibrations of the second diamond reacted to what happened to the vibrations of the first.

Performing the experiment with ultrafast laser pulses enabled the researchers to catch entanglement, which is usually very short-lived in large objects at room temperature.

"It remains a counterintuitive way of thinking about objects," Walmsley admitted.

"It's a very nice and clever piece of work with potentially big implications," said Sidney Perkowitz, a physicist at Emory University in Atlanta, and author of "Slow Light: Invisibility, Teleportation and Other Mysteries of Light," a book partially about entanglement. The macroscopic size, and the fact that this was done at room temperature, would be important steps toward a practical quantum technology for telecommunications and computing, and toward deeper understanding of how the quantum world and the human-scale world are related."

Source: Inside Science News Service

"Israel was born out of Jewish Terrorism" Tzipi Livnis Father was a Terrorist" Astonishing claims in the House of Parliament. SIR Gerald Kaufman, the veteran Labour MP, yesterday compared the actions of Israeli troops in Gaza to the Nazis who forced his family to flee Poland.

During a Commons debate on the fighting in Gaza, he urged the government to impose an arms embargo on Israel.

Sir Gerald, who was brought up as an orthodox Jew and Zionist, said: "My grandmother was ill in bed when the Nazis came to her home town a German soldier shot her dead in her bed.

"My grandmother did not die to provide cover for Israeli soldiers murdering Palestinian grandmothers in Gaza. The present Israeli government ruthlessly and cynically exploits the continuing guilt from gentiles over the slaughter of Jews in the Holocaust as justification for their murder of Palestinians."

He said the claim that many of the Palestinian victims were militants "was the reply of the Nazi" and added: "I suppose the Jews fighting for their lives in the Warsaw ghetto could have been dismissed as militants."

He accused the Israeli government of seeking "conquest" and added: "

They are not simply war criminals, they are fools."

Uluitoarea tehnica, cunoscuta sub termenul stiintific de "levitatie diamagnetica", permite apei si substantelor organice sa devina fara greutate atunci când se întrunesc unele conditii specifice de laborator.

Rezultatele studiului au fost publicate în premiera în Journal of the Royal Society Interface.

"Levitatia diamagnetica ne-a permis sa mentinem un control ridicat al conditiilor fizice ale experimentului nostru. Pe lânga acest aspect, levitatia diamagnetica ne-a ajutat sa descoperim modalitatea în care alterarea gravitatiei efective ajunsese sa fie o cauza a comportamentului anormal al mustelor.

Cele 4 miliarde ani de evolutie a vietii pe Terra au dus la adaptarea tuturor organismelor vii la conditiile gravitatiei terestre. Aici, cu ocazia experimentului nostru încheiat cu succes, am evidentiat influenta levitatiei diamagnetice asupra organismelor vii de pe Terra si am comparat rezultatele cu cele obtinute în cazul experimentarii imponderabilitatii din spatiul cosmic. Materialele cu proprietati diamagnetice sunt respinse de câmpurile magnetice, în timp ce materialele cu puternice proprietati magnetice, precum fierul, sunt puternic atrase de câmpul magnetic.

Forta diamagnetica are proprietatea de a echilibra greutatea obiectului care leviteaza si functioneaza chiar la nivel molecular, la fel cum forta centrifuga echilibreaza forta gravitationala asupra unui obiect de pe orbita Terrei.", declara profesorul Richard Hill, conducatorul experimentului efectuat de un grup de cercetatori din cadrul Universitatii din Nottingham.

Cercetatorii au reusit experimentul dupa ce au suspendat câteva musculite de otet în fluxul unui puternic câmp magnetic.

Câmpurile magnetice au fost folosite în alte experimente si studii pentru a induce levitatia unor fragmente de material organic, precum si a unor marunte organisme vii microscopice si chiar a a unei broaste vii.

Sursa: Google News

Il mantello dell’invisibilità alla Harry Potter non è ancora stato creato, ma i ricercatori sanno da tempo come costruire oggetti che ingannano occhio e strumenti elettronici, rimanendo impercettibili alla vista. Ora la scienza potrebbe superare la fantascienza: un gruppo di fisici della Cornell University ha costruito, infatti, un apparecchio in grado di nascondere eventi nel tempo. Come spiegano su Nature, bisogna usare delle particolari lenti temporali, che funzionano proprio come quelle ottiche, ma agiscono nella dimensione del tempo invece che in quella dello spazio.

Per rendere invisibili degli oggetti basta scegliere elementi con il giusto indice di rifrazione, una delle proprietà intrinseche dei materiali che indica come luce e radiazione elettromagnetiche vengano rallentate o accelerate quando li attraversano. Per esempio, se questo indice ha valore negativo o pari a quello dell’aria che circonda l’oggetto, la luce quando lo incontra viene accelerata o deviata, nascondendolo così alla nostra vista.

Può sembrare strano, ma qualcosa di simile può avvenire anche nella dimensione temporale, tramite l’uso di particolari lenti. “Grazie ad esse abbiamo creato una specie di buco temporale, all’interno del quale le sonde elettromagnetiche non sono capaci di registrare variazioni della luce”, hanno spiegato i ricercatori statunitensi nello studio.

In ottica una lente è un oggetto capace di cambiare direzione ai raggi luminosi, facendoli divergere o convergere. Ma da un punto di vista strettamente matematico, le equazioni che descrivono come si sposta un raggio di luce nello spazio sono simili a quelle che mostrano come esso viaggia nel tempo. Per questo, secondo i ricercatori, allo stesso modo che per i materiali invisibili, è possibile ingannare gli strumenti in modo che non siano più capaci di rilevare un evento sulla linea temporale.

Ogni lente di invisibilità creata dai fisici è formata di due parti: la prima aumenta la frequenza della radiazione luminosa, rendendola più blu, la seconda la ridiminuisce, rendendola più rossa. Se avviene nel giusto mezzo di dispersione (in questo caso una fibra ottica), questo gioco di frequenze fa sì che in un primo momento il raggio di luce venga accelerato e in un secondo rallentato, e in questo modo si dà inizio a una finestra temporale in cui gli eventi sono nascosti.

“Il concetto è simile a quello che succede nel traffico quando si deve superare un passaggio a livello”, hanno spiegato Robert Boyd e Zhimin Shi dell’ Università di Rochester in un commento alla ricerca pubblicato sempre su Nature:  “Quando deve passare il treno le macchine rallentano e si fermano, il che crea una sorta di buco nel traffico.

Quando poi il passaggio viene riaperto, le automobili accelerano per raggiungere di nuovo quelle che le precedono, e quando questo succede non c’è più modo di distinguere se il treno sia passato oppure no”.

Successivamente, infatti, il buco nel tempo può essere chiuso facendo passare il raggio di luce in un mezzo con caratteristiche di dispersione opposte al primo e attraverso una seconda lente invertita rispetto alla precedente. Così gli eventi che si verificano nell’intervallo di tempo che si crea con questo metodo non sono percepibili dagli strumenti. I ricercatori hanno per ora verificato il funzionamento del metodo con un singolo impulso laser ripetuto nel tempo: esso veniva correttamente nascosto quando il “mantello” era acceso, ed era invece visibile in condizioni normali.

A oggi, il gap temporale può essere lungo appena cinquanta picosecondi (1ps è pari a un millesimo di miliardesimo di secondo). Questo intervallo può sembrare un tempo brevissimo, ma potrebbe essere sufficiente a nascondere una serie di impulsi laser molto veloci. In ogni caso gli scienziati stanno cercando di aumentare la durata del buco nel tempo, e pensano di poterla portare dall’ordine dei picosecondi a quello dei microsecondi (milionesimi di secondo) o addirittura dei millisecondi (un millesimo di secondo).

Se combinato con i metodi che permettono di nascondere materiali diversi nello spazio, questo approccio potrebbe portare allo sviluppo di apparecchi capaci di rendere alcuni oggetti invisibili in tutto lo spazio-tempo. A parte quest’applicazione futuribile – affascinante, ma per ora lontana - i ricercatori hanno già fatto sapere che il procedimento potrebbe trovare uso anche nel presente, per esempio per migliorare la sicurezza delle comunicazioni via fibra ottica.

Fonte: wired.it

Previously, the maximum resolution of optical instruments, including cameras and microscopes, was fundamentally limited to a precision that corresponded to approximately half of the wavelength of incoming light.

The new scheme, developed by researchers from the RIKEN SPring-8 Center in Harima and Nagoya University, has a resolution up to 380 times better than the UV light used in the experiments. For microscopes using visible light, which means wavelengths of a few hundred nanometers, the best achievable resolution is around 100 nanometers, which fails to resolve the smallest structures on a computer chip. Imaging smaller nanostructures, or even atoms, requires light of much shorter wavelengths, such as x-rays that are difficult to handle, and which provide different types of images to those captured using visible light.

Figure 1: The optical response of a diamond crystal (left) can now be analyzed at the atomic scale with extreme ultraviolet light (center). This technique can provide additional information to the crystal structure (right) typically obtained using x-rays. Credit: Reproduced, in part, from Ref. 1 © 2011 Kenji Tamasaku

Led by Kenji Tamasaku of RIKEN, the researchers used a non-linear optical effect to achieve atomic resolution in diamond. Their process is based on the intrinsic interaction between the electrons of the material’s crystal atoms and UV light that splits an incoming x-ray beam into a UV beam and a lower energy x-ray beam. The combined energy of these scattered beams is the same as that of the incoming beam. This process depends strongly on the activation of the UV beam, which occurs only in the vicinity of the electrons in the atoms, and only if the optical response of the electrons is a match to the incoming x-ray beam, Tamasaku explains.

Analyzing the scattered beams allowed a precise reconstruction of the motion of the electrons under UV illumination. Using a diamond crystal as an imaging object, the researchers demonstrated a resolution of 0.054 nanometers (Fig. 1). Because Tamasaku and colleagues used a non-linear optical effect, they obtained new information not only about how electrons move but also about atomic position.

There are many possibilities for using this new method, says Tamasaku. “This technique is very useful for the study of the physical properties of materials that couple to light.” An example is the study of electronic materials, in which the sensitivity of the technique to the electron’s electronic states can be used to probe electrical charges in materials such as high-temperature superconductors. Using the team's new approach, this will now be possible with atomic resolution.

Source: RIKEN

The incorporation of such single-molecule elements could enable smaller, faster, and more energy-efficient electronics.

The research findings, supported by a $1 million grant from the W.M. Keck Foundation, were published online in the Nov. 14 issue of Nano Letters.

"This new switch is superior to existing single-molecule concepts," said Hrvoje Petek, principal investigator and professor of physics and chemistry in the Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences and codirector of the Petersen Institute for NanoScience and Engineering (PINSE) at Pitt. "We are learning how to reduce electronic circuit elements to single molecules for a new generation of enhanced and more sustainable technologies."

The switch was discovered by experimenting with the rotation of a triangular cluster of three metal atoms held together by a nitrogen atom, which is enclosed entirely within a cage made up entirely of carbon atoms. Petek and his team found that the metal clusters encapsulated within a hollow carbon cage could rotate between several structures under the stimulation of electrons. This rotation changes the molecule's ability to conduct an electric current, thereby switching among multiple logic states without changing the spherical shape of the carbon cage. Petek says this concept also protects the molecule so it can function without influence from outside chemicals.

Because of their constant spherical shape, the prototype molecular switches can be integrated as atom-like building blocks the size of one nanometer (100,000 times smaller than the diameter of a human hair) into massively parallel computing architectures.

The prototype was demonstrated using an Sc3N@C80 molecule sandwiched between two electrodes consisting of an atomically flat copper oxide substrate and an atomically sharp tungsten tip. By applying a voltage pulse, the equilateral triangle-shaped Sc3N could be rotated predictably among six logic states.

The research was led by Petek in collaboration with chemists at the Leibnitz Institute for Solid State Research in Dresden, Germany, and theoreticians at the University of Science and Technology of China in Hefei, People's Republic of China. The experiments were performed by postdoctoral researcher Tian Huang and research assistant professor Min Feng, both in Pitt's Department of Physics and Astronomy.

Source: ScienceDaily

 Prima constructie creata de roboti zburatori a fost proiectata de arhitectii Fabio Gramazio si Matthias Kohler si a fost asamblata în doar câteva zile de masinile create de ETH Zurich.

Turnul a fost construit de o armata de roboti zburatori ghidati cu ajutorul unei camere instalete în plafon si care detecteaza miscarea. Pentru a evita coliziunile si a le permite robotilor sa construiasca concomitent, masinile au fost ghidate pe doua trasee care înconjoara structura. Utilizarea traseelor este dictatata de un "sistem de rezervare a spatiului" prin care fiecare vehicul îsi retine spatiul de care are nevoie. Odata ce masina a parcurs drumul si a pus caramida la locul potrivit, spatiul îi este alocat alteia.

Fiecare robot este dotat cu un dispozitiv de aspirare, cu ajutorul caruia poate ridica si transporta caramizile din polistiren. Atunci când un robot este suprasolicitat, se conecteaza singur la un încarcator, urmând ca un altul sa îi ia locul.

Acum, turnul construit din 1500 de caramizi are o înaltime de 6m si o latime de 3,35m si poate fi admirat la galeria de arta FRAC.

Sursa: inhabitat - via descopera.ro

Un elettrodo impiantato nel cervello, capace di stimolare i circuiti neuronali e limitare i sintomi della depressione. Fino a due anni dopo l’inizio della terapia. Sono questi i risultati raggiunti da Helen Mayberg della Emory University in Atlanta (Georgia) e del suo team di ricerca pubblicati su Archives of General Psychiatry. I primi a mostrare come la stimolazione elettrica del cervello riesce, a lungo termine, là dove le terapie tradizionali - farmacologiche e cognitive - contro la depressione profonda spesso falliscono. Anche se non si tratta ancora di una cura, precisano gli scienziati.

“Uno dei maggiori traguardi raggiunti negli ultimi dieci anni è stato capire che la depressione è una malattia che colpisce i circuiti cerebrali”, ha spiegato a Nature News Thomas Schlaepfer, psichiatria dell’ Università di Bonn, in Germania, che ha condotto ricerche simili a quelle svolte dai ricercatori statunitensi. Ma senza ottenere gli stessi risultati a lungo termine.

La differenza tra i due team riguarda i siti di stimolazione del cervello: i ricercatori tedeschi hanno impiantato degli elettrodi a livello del nucleus accumbens, mentre il gruppo di Atlanta li ha inseriti a livello dell’ area subcallosa del giro del cingolo. Entrambi però fanno parte dello stesso circuito cerebrale. L’idea alla base dello studio dei ricercatori statunitensi era quindi quella di agire su un target diverso da quello del team di Shlaepfer, ma che colpisse comunque lo stesso bersaglio, analizzando gli effetti su un lungo periodo di tempo.

Per farlo gli scienziati hanno reclutato 17 pazienti: 10 con disturbi depressivi maggiori, 7 affetti da disturbi bipolari, ai quali sono stati installati degli elettrodi nell’area subcallosa del cingolo (per effettuare una stimolazione profonda del cervello). Per escludere quindi un possibile effetto placebo gli scienziati hanno fatto credere ai partecipanti che solo metà di loro avrebbe ricevuto la stimolazione immediatamente dopo l’intervento, gli altri invece avrebbero dovuto aspettare 4 settimane. In realtà nessuno di loro ha ricevuto la stimolazione e i ricercatori, osservando i risultati, hanno potuto escludere eventuali effetti placebo dovuti all’inserimento degli elettrodi. Nessuno aveva infatti ottenuto miglioramenti.

Quando invece è iniziata la sperimentazione vera e propria, i ricercatori hanno osservato che dopo due anni di stimolazione continua, in undici dei dodici pazienti arrivati alla fine dell'intero ciclo, la terapia aveva eliminato o limitato a sintomi lievi i comportamenti depressivi. Sia nei pazienti con disturbi depressivi maggiori che quelli con disturbi bipolari. Non in tutti i casi comunque gli effetti del trattamento hanno cominciato a manifestarsi immediatamente dopo la stimolazione, a volte sono comparsi solo dopo un anno.

Tuttavia, prima dello sviluppo di una terapia antidepressiva basata sull’utilizzo degli elettrodi bisognerà aspettare ancora del tempo.

in primo luogo infatti, precisano i ricercatori, malgrado i risultati positivi ottenuti sul lungo termine dal team di Atlanta, non si può parlare ancora di una cura: i sintomi compaiono di nuovo se la stimolazione è interrotta. E poi, come spiega Schlaepfer bisogna ancora capire dove è meglio colpire: “Stiamo ancora cercando il bersaglio ottimale all’interno del circuito neuronale, così che il recupero possa essere più veloce per i pazienti”.

Fonte: wired.it

For the first time, the team showed that light can be used to obtain information about the spin of electrons flowing over the material’s surface, and has even found a way to control these electron movements by varying the polarization of a light source.

The materials could open up possibilities for a new kind of devices based on spintronics, which makes use of a characteristic of electrons called spin, instead of using their electrical charge the way electronic devices do. It could also allow for much faster control of existing technologies such as magnetic data storage.

Topological insulators are materials that possess paradoxical properties. The three-dimensional bulk of the material behaves just like a conventional insulator (such as quartz or glass), which blocks the movement of electric currents. Yet the material’s outer surface behaves as an extremely good conductor, allowing electricity to flow freely.

This diagram illustrates how lasers can be used to control an electric current on these new materials. Electrons (blue spheres) travel, as if on a highway, in different directions, with their axis of spin (arrows) aligned differently according to the direction of travel. A circularly polarized laser beam (left) affects only electrons going in one direction, removing them from the flow, leaving a net flow — an electric current — going the other way. Photo: Gedik Group

The key to understanding the properties of any solid material is to analyze the behavior of electrons within the material — in particular determining what combinations of energy, momentum and spin are possible for these electrons, explains MIT assistant professor of physics Nuh Gedik, senior author of two recent papers describing the new findings. This set of combinations is what determines a material’s key properties — such as whether it is a metal or not, or whether it is transparent or opaque. “It’s very important, but it’s very challenging to measure,” Gedik says.

The traditional way of measuring this is to shine a light on a chunk of the solid material: The light knocks electrons out of the solid, and their energy, momentum and spin can be measured once they are ejected. The challenge, Gedik says, is that such measurements just give you data for one particular point. In order to fill in additional points on this landscape, the traditional approach is to rotate the material slightly, take another reading, then rotate it again, and so on — a very slow process.

Gedik and his team, including graduate students Yihua Wang and James McIver, and MIT postdoc David Hsieh, instead devised a method that can provide a detailed three-dimensional mapping of the electron energy, momentum and spin states all at once. They did this by using short, intense pulses of circularly polarized laser light whose time of travel can be precisely measured.

By using this new technique, the MIT researchers were able to image how the spin and motion are related, for electrons travelling in all different directions and with different momenta, all in a fraction of the time it would take using alternative methods, Wang says. This method was described in a paper by Gedik and his team that appeared Nov. 11 in the journal Physical Review Letters.

In addition to demonstrating this novel method and showing its effectiveness, Gedik says, “we learned something that was not expected.” They found that instead of the spin being precisely aligned perpendicular to the direction of the electrons’ motion, when the electrons moved with higher energies there was an unexpected tilt, a sort of warping of the expected alignment. Understanding that distortion “will be important when these materials are used in new technologies,” Gedik says.

The team’s high-speed method of measuring electron motion and spin is not limited to studying topological insulators, but could also have applications for studying materials such as magnets and superconductors, the researchers say.

One unusual characteristic of the way electrons flow across the surface of these materials is that unlike in ordinary metal conductors, impurities in the material have very little effect on the overall electrical conductivity. In most metals, impurities quickly degrade the conductivity and thus hinder the flow of electricity. This relative imperviousness to impurities could make topological insulators an important new material for some electronic applications, though the materials are so new that the most important applications may not yet be foreseen. One possibility is that they could be used for transmission of electrical current in situations where ordinary metals would heat up too much (because of the blocking effect of impurities), damaging the materials.

In a second paper, appearing today in the journal Nature Nanotechnology, Gedik and his team show that a method similar to the one they used to map the electron states can also be used to control the flow of electrons across the surface of these materials. That works because the electrons always spin in a direction nearly perpendicular to their direction of travel, but only electrons spinning in a particular direction are affected by a given circularly polarized laser beam. Thus, that beam can be used to push aside all of the electrons flowing in one direction, leaving a usable electric current flowing the other way.

“This has very immediate device possibilities,” Gedik says, because it allows the flow of current to be controlled completely by a laser beam, with no direct electronic interaction. One possible application would be in a new kind of electromagnetic storage, such as that used in computer hard drives, which now use an electric current to “flip” each storage bit from a 0 to a 1 or vice versa. Being able to control the bits with light could offer a much quicker response time, the team says.

This harnessing of electron behavior could also be a key enabling technology that could lead to the creation of spintronic circuits, using the spin of the electrons to carry information instead of their electric charge. Among other things, such devices could be an important part of creating new quantum computing systems, which many researchers think could have significant advantages over ordinary computers for solving certain kinds of highly complex problems.

Professor of physics Zhi-Xun Shen of Stanford University, who was not involved in this work, says the MIT team has confirmed the theorized structure of the topological surface by using their novel experimental method. In addition to this confirmation, he says, their second paper “is to date one of the most direct experimental evidences for optical coupling” between the laser and the surface currents, and thus “has interesting potential for opto-spintronics.”

Source: MIT