Nuove frontiere quantistiche: un materiale rivela un comportamento elettronico rivoluzionario
La fisica quantistica cammina tra teorie rivoluzionarie, esperimenti riusciti ma anche tentativi di laboratorio. Il caso del materiale che richiede soltanto una temperatura vicino allo zero.
Una scoperta inattesa costringe i fisici a rivalutare il comportamento quantistico dei materiali. La formula scoperta da un team internazionale è CeRu₄Sn₆, una lega composta da cerio, rutenio e stagno, definita anche stato quantistico topologico. Fino ad oggi si pensava incompatibile con le sue proprietà, invece porta a una fase semimetallica topologica. Questo stato era stato previsto solo teoricamente, gli esperimenti non avevano dato risultati certi soprattutto a temperature che non sono basse.
Invece il raffreddamento quasi allo zero assoluto del CeRu₄Sn₆ ha portato alla criticità quantistica. È lo stato in cui un materiale oscilla tra differenti stati di fase e dove dominano fluttuazioni quantistiche. ScienceAlert, nel riportare le parole del fisico Qimiao Si della Rice University, parla di un vero e proprio colpo di scena fisico e chimico. “Si tratta di un passo avanti fondamentale, il nostro lavoro dimostra che potenti effetti quantistici possono combinarsi per creare qualcosa di completamente nuovo. Un qualcosa che potrebbe contribuire a plasmare il futuro della scienza quantistica”.
L’effetto Hall senza campo magnetico al centro dello stato quantistico misterioso, la sfida ad ogni previsione tra instabilità e fluttuazioni interne al materiale
L’esperimento che ha portato alla pubblicazione dello studio su Nature Physics ha creato un effetto Hall spontaneo negli elettroni che attraversano il materiale. La corrente si piegava lateralmente pur in assenza di un campo magnetico. Questo comportamento, guidato da strutture interne del materiale, è un segnale di stato topologico.
La fase risultava più forte proprio nelle regioni di maggiore instabilità elettronica, suggerendo che le fluttuazioni critiche stabilizzano il nuovo stato senza distruggerlo. La fisica Silke Bühler-Paschen dell’Università Tecnica di Vienna aggiunge queste parole a quelle di Si: “Questa intuizione chiave ci ha permesso di dimostrare senza ombra di dubbio che la visione prevalente deve essere rivista”.
Non sappiamo se queste parole riguardino nuove ricerche ma sicuramente un ampliamento di conoscenze, applicazioni e curiosità. I ricercatori sono arrivati a un risultato partendo da intuizioni teoriche, ma poi lo sviluppo di tecnologie reali consente alla fisica quantistica di progredire e di non rimanere chiusa nei laboratori ma di andare verso le industrie e altri settori utili.
