Un team di fisici guidato da Yale ha scoperto uno schema circolare nel movimento degli elettroni in un gruppo di materiali quantistici conosciuti come “metalli strani”.
“Strano metallo”, quel fenomeno canaglia del regno elettricoè appena diventato un po’ meno enigmatico.
Immagine AI generativa che illustra il materiale quantistico. Fonte: Università di Yale
Nei materiali quantistici, il comportamento elettronico è dominato da effetti quantistici, che portano a nuovi fenomeni e proprietà che non si osservano nei materiali classici.
I materiali quantistici spesso possiedono stati elettronici descritti da numeri quantici e mostrano livelli di energia discreti. Questi stati quantistici possono portare a fenomeni come la superconduttività, in cui la resistenza elettrica scende a zero a temperature molto basse.
Possono anche esibire fenomeni emergenti, in cui il comportamento collettivo emerge dalle interazioni delle singole particelle. Ciò può portare a comportamenti non convenzionali come il magnetismo quantistico e gli isolanti topologici, che hanno potenziali applicazioni nel calcolo quantistico e nell’elaborazione delle informazioni.
Identificato più di 40 anni fa, lo strano metallo è uno stato della materia che si trova in molti materiali quantistici, inclusi alcuni superconduttori che secondo gli scienziati potrebbero essere vitali per i prodotti high-tech del futuro. La parte “strana” dello strano metallo sono i suoi elettroni: sfidano le regole tradizionali per il movimento e la conduttività degli elettroni.
A differenza della maggior parte dei metalli, in cui la resistenza elettrica aumenta con il quadrato della temperatura, i metalli strani hanno una resistenza elettrica che aumenta in proporzione alla temperatura. Questo comportamento “lineare in temperatura” sfida la comprensione dei fisici di come gli elettroni si muovono nei solidi.
“Questo strano comportamento del metallo è visibile in molti materiali diversi, dove a prima vista non si potrebbe pensare che ci sia qualcosa che li leghi insieme”, ha detto Eduardo H. da Silva Neto, assistente professore di fisica presso la Facoltà di Arti e Scienze di Yale e corrispondente autore di un nuovo studio sulla rivista Science Advances.
“La maggior parte del lavoro precedente che indagava sullo strano fenomeno del metallo si è concentrata sui suoi ‘sintomi’ – la sua resistenza lineare alla temperatura, per esempio – piuttosto che misurare direttamente l’esatto movimento tra gli elettroni”.
Modello fenomenologico per il fonone misurato con l’esperimento RIXS. Il cerchio indica una significativa dispersione di elettroni in tutte le direzioni. Credito immagine: Università di Yale
Non esiste una teoria consolidata per lo strano fenomeno del metallo, ha affermato da Silva Neto, ma la maggior parte dei ricercatori ritiene che il comportamento lineare in temperatura derivi da elettroni che devono essere in grado di disperdersi in tutte le direzioni.
Tuttavia, nello studio, da Silva Neto e i suoi colleghi hanno trovato uno schema di dispersione circolare distinguibile nel modo in cui gli elettroni si muovono all’interno di uno strano metallo.
Il nuovo studio è un’estensione di quello di da Silva Neto lavoro precedente esaminando le interazioni elettroniche negli ossidi di rame. In quel lavoro, lui ei suoi colleghi hanno scoperto uno schema circolare simile. Usando un metodo chiamato scattering di raggi X anelastico risonante (RIXS), hanno visto che gli elettroni creavano onde fluttuanti di carica elettrica in tutte le direzioni.
Sistemi quantistici – interpretazione artistica. Credito immagine: Michael Dziedzic tramite Unsplash, licenza gratuita
“Quello che ci siamo resi conto è che i nostri precedenti risultati nel 2021 potrebbero essere rilevanti per comprendere lo strano metallo “, ha detto da Silva Neto. “Tuttavia, affinché il nostro schema circolare fosse rilevante per lo strano fenomeno del metallo, dovevamo dimostrare che questi cerchi esistevano a basse energie”.
Per il nuovo studio, i ricercatori hanno ideato una metodologia per misurare direttamente lo scattering di elettroni a bassa energia in uno strano metallo. Hanno utilizzato strumenti RIXS all’avanguardia presso il National Synchrotron Light Source II presso il Brookhaven National Laboratory e presso il Diamond Light Source in Inghilterra.
Mondo quantistico – interpretazione artistica. Credito immagine: FLY: D tramite Unsplash, licenza gratuita
Il prossimo passo per i ricercatori è misurare il movimento degli elettroni in più esempi di metallo strano.
“Lo strano metallo sembra essere inesorabilmente connesso ai materiali quantistici con un grande vantaggio per la società, potenzialmente”, ha affermato da Silva Neto, che è affiliato all’Energy Sciences Institute presso il West Campus di Yale. “Favorire la nostra comprensione del loro comportamento ha importanza sia intellettualmente che in termini di applicazioni pratiche”.
Fonte: Università di Yale
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
