L'ambito di cui mi occupo, ovvero un particolare indirizzo all'interno della più generale esplorazione delle proprietà elettroniche di materiali esotici a bassa temperatura, è in generale caratterizzata da nomi di strumenti dai nomi ragionevolmente semplici ed intuitivi. Ad esempio, l'equipaggiamento essenziale per fare misure di trasporto elettronico (ovvero, misure di resistenza elettrica) con effetto di campo, consiste in tre strumenti dai nomi ragionevolmente in grado di spiegarsi da soli:
1) Current source (sorgente di corrente): fornisce un ammontare ben preciso di corrente elettrica.
2) Nanovoltmeter (nanovoltmetro): a parte il prefisso nano-, che indica una sensibilità notevole dello strumento, questo è un normalissimo misuratore dei volt che cadono su una sezione del circuito elettrico. Queste due unità vengono usate per la misura di resistenza vera e propria.
3) Source Measure Unit (Unità sorgente e misurante): include le funzioni dei due precedenti strumenti, e viene tipicamente impiegata per il controllo dell'effetto di campo tramite un elettrodo scollegato dal resto del sistema.
Sebbene non raggiungano livelli di esotismo linguistico tipico di campi come la chimica o la medicina, tuttavia, anche alcuni degli strumenti a nostra disposizione possiedono nomi che meritano un'analisi più attenta. Ne presenterò qui tre:
1) Pulse-tube cryocooler (criorefrigeratore a tubo pulsante): questo strumento, come indica la seconda parte del nome, è un ulteriore appartenente alla categoria dei "frigoriferi quantistici" di cui avevo presentato un esemplare qualche giorno fa. Rispetto al criostato a diluizione, un pulse-tube è in grado di raggiungere temperature decisamente più modeste (2.5 K, all'incirca, contro la manciata di milliKelvin del suo cugino) ma non necessita di utilizzare il costoso elio liquido, nè tantomento il costosissimo elio-3. Invece, utilizza un primo ciclo frigorifero grossomodo analogo a quello di un comune frigo, sebbene ad elio gassoso sotto pressione, per raffreddare l'estremità di un tubo opportunamente sagomato. All'altra estremità del tubo è montato lo stadio contenente il campione da misurare. Il termine "pulse-tube" deriva dal fatto che, in questo secondo stadio, il calore viene estratto dal campione e scaricato sul ciclo frigorifero ad elio gassoso tramite onde di pressione che la cui propagazione viene forzata all'interno del tubo stesso.
2) Scanning Tunneling Microscope (microscopio a scansione ad effetto tunnel): così come tutti i microscopi a scansione di sonda, un STM altro non è che un sensibilissimo "dito" la cui falange sia di dimensioni atomiche. La differenza principale fra i vari microscopi a scansione di sonda è cosa "sentano" i rispettivi diti, e nel caso dello STM tale senso è la piccolissima corrente che passa tra una punta metallica affilata (il dito) e il campione che viene "tastato" quando la punta è situata a pochi decimi di miliardesimi di metro di distanza. Tale corrente, inesistente in base alla fisica classica, è dovuta all'effetto quantistico noto come "effetto tunnel", il quale prevede come particelle quantistiche possano superare "muri" classicamente insormontabili se essi sono sufficientemente sottili. La parte di scansione nel nome si riferisce invece al fatto che l'immagine del campione viene ricostruita dal microscopio esattamente come farebbe un cieco che legga un testo in braille: facendo scorrere il dito avanti ed indietro, riga per riga, sull'intera superificie del campione/testo da leggere.
3) Lock-in amplifier (amplificatore ad aggancio): la parte di "amplificatore" è di per sè abbastanza comprensibile. Ovvero, lo strumento rileva un segnale (tipicamente, una tensione elettrica) molto piccola e la espande senza distorcerne la forma. La parte più interessante è "lock-in", traducibile con "ad aggancio": ossia, un lock-in amplifier è in grado di migliorare enormemente la qualità del segnale misurato "agganciandosi" ad un segnale di riferimento. Fondamentalmente, un sistema di lock-in funziona un po' come un'orchestra. Il primo lock-in funge da direttore d'orchestra, o da primo violino: da un lato stimola il campione ad una frequenza ben precisa; dall'altro, trasmette la stessa frequenza a tutti gli altri strumenti, effettivamente dando il "tempo" alla misura. Gli altri lock-in collegati in cascata misurano altri segnali significativi provenienti dal campione, ma lo fanno sincronizzandosi al tempo dato dal direttore d'orchestra: così facendo, riducono di moltissimo la "cacofonia" proveniente dall'ambiente esterno e che altrimenti ridurrebbe irreparabilmente la qualità della misura/sinfonia eseguita.
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