Un fisico della UB riceve un finanziamento dal DOE per esplorare l’interazione tra il disordine e l’interazione forte tra gli elettroni materiali quantistici.
Nel campo della scienza dei materiali, il disordine ha una cattiva reputazione.
Il disordine (imperfezioni nella struttura di un materiale) è in genere qualcosa da evitare, soprattutto quando sintetizzare materiali quantistici le cui proprietà esotiche offrono un grande potenziale per superconduttori e computer ultraveloci.
Eppure ogni materiale presenta una certa dose di disordine e, per alcuni, il disordine può spiegare perché essi esibiscono le loro proprietà eccitanti.
Herbert Fotso, professore associato presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Buffalo, ha ricevuto una borsa di studio dal Dipartimento di Energia per studiare i materiali quantistici e come il disordine influenza il loro comportamento. Crediti fotografici: Meredith Forrest Kulwicki/Università di Buffalo
Herbert Fotso, PhD, fisico della materia condensata dell’Università di Buffalo, è il ricercatore principale di una recente sovvenzione di 225.967 dollari da parte del Dipartimento dell’Energia per studiare i materiali quantistici e come il disordine influenza il loro comportamento.
“Speriamo di colmare un vuoto di informazioni che possa consentire scoperte nella scienza dei materiali e persino guidare la sintesi di nuovi materiali”, afferma Fotso, professore associato presso il Dipartimento di Fisica dell’UB, presso il College of Arts and Sciences.
In questo progetto di collaborazione con Hanna Terletska, PhD, professore associato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della Middle Tennessee State University, Fotso creerà modelli computazionali per comprendere meglio il ruolo del disordine nei materiali quantistici che hanno anche forti interazioni tra i loro elettroni quando guidati lontano dall’equilibrio.
“Molto spesso, gli studi sui materiali quantistici hanno considerato separatamente l’interazione forte tra elettroni e disordine”, afferma Fotso. “Stiamo proponendo metodi per studiare l’interazione tra interazione e disordine, valutando cosa succede quando entrambi sono importanti in un dato materiale.”
Ad esempio, le transizioni metallo-isolante possono essere guidate sia dal disordine che dall’interazione. Alcuni materiali che dovrebbero condurre elettricità agiscono invece come isolanti a causa di un certo livello di disordine. In altri casi, un materiale può fungere da isolante perché le interazioni tra i suoi elettroni sono così forti che non possono muoversi liberamente.
“Allora cosa succede quando questi due elementi sono presenti nello stesso materiale? Questa interazione dà origine a una serie di comportamenti piuttosto interessanti e talvolta sorprendenti”, afferma Fotso.
In genere, gli scienziati analizzano le proprietà di un materiale aumentandone la concentrazione di carica. Tuttavia, questo processo spesso crea anche qualche disordine nel materiale. In alcuni casi, il disordine può in definitiva essere più responsabile delle proprietà osservate rispetto all’aumento della concentrazione di carica.
Fotso afferma che materiali precisi e ben comportati sono il fondamento della scienza dei materiali e dello sviluppo di materiali per l’informatica quantistica in particolare, quindi gli scienziati hanno bisogno di una comprensione accurata del motivo per cui i materiali si comportano in un certo modo.
“Quando esegui esperimenti, vuoi essere in grado di anticipare i risultati. Tali aspettative sono guidate dalla teoria, e tale teoria deve tenere conto dei parametri chiave del sistema”, afferma. “Se non disponi di tutti i parametri chiave, ti perderai ciò che accade esattamente in quel materiale.”
I modelli computazionali di Fotso e Terletska saranno rilasciati come strumenti open source, consentendo ad altri gruppi di ricerca di trarne vantaggio e consentire studi su materiali quantistici precedentemente inaccessibili.
“Idealmente, come comunità, non vogliamo che i gruppi di ricerca di tutto il mondo duplichino gli sforzi perché il tempo è prezioso”, afferma Fotso, entrato in UB nel 2022. “Sempre più spesso molti dei problemi rilevanti per le tecnologie future coinvolgeranno molti sottocampi diversi non solo della scienza, ma anche sottocampi della fisica e della fisica della materia condensata”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org