Scoperto un nuovo stato della materia, chiamato corrente chirale. Previsto ma finora mai verificato, il nuovo stato della materia è legato alla particolare simmetria con cui si muovono gli elettroni. Pubblicata sulla rivista Nature, la scoperta è il risultato della ricerca internazionale coordinata dall’Università Ca’ Foscari di Venezia e nella quale l’Italia gioca un ruolo importante, con la struttura italiana Elettra per la luce di sincrotrone, il Consiglio Nazionale delle Ricerche e l’Università di Salerno. La nuova scoperta promette di aprire la strada a un’elettronica inedita, completamente diversa da quella attuale.
Il nuovo stato della materia scoperto indica che nel materiale quantistico in cui è stato osservato, gli elettroni si muovono in modo diverso da quanto fanno nei materiali tradizionali, dove sono orientati tutti nello stesso modo. In questo caso, invece, gli elettroni seguono le regole della chiralità, il fenomeno che indica la proprietà di avere un’immagine speculare non sovrapponibile a sé stessa, come avviene nel caso delle mani o della doppia elica del DNA.
La chiralità è una proprietà di estrema importanza nelle scienze, per esempio è anche fondamentale per capire il DNA. Nel fenomeno quantistico scoperto, la chiralità delle correnti è stata rilevata studiando un processo di interazione tra luce e materia nel quale un fotone opportunamente polarizzato è in grado di emettere un elettrone dalla superficie del materiale con uno stato di spin ben definito.
La nuova scoperta arricchisce in modo significativo la conoscenza sui materiali quantistici, in particolar modo sulla ricerca di fasi quantistiche chirali e sui fenomeni che avvengono alla superficie dei materiali.
Verso un’elettronica inedita
“La rivelazione dell’esistenza di questi stati quantistici può aprire la strada per lo sviluppo di un nuovo tipo di elettronica che impieghi correnti chirali come portatori di informazioni al posto della carica dell’elettrone”, osserva il coordinatore della ricerca Federico Mazzola, ricercatore in Fisica dei materiali all’Università Ca’ Foscari. Questi fenomeni, aggiunge, “potrebbero avere un importante risvolto per applicazioni future basate su nuovi dispositivi optoelettronici chirali, e un grande impatto nel campo delle tecnologie quantistiche per nuovi sensori, così come nel campo biomedico ed in quello delle energie rinnovabili“.
Nato da una predizione teorica, questo studio ha verificato in modo diretto e per la prima volta l’esistenza di questo stato quantistico, fino ad ora enigmatico ed elusivo, grazie all’utilizzo del Sincrotrone italiano Elettra. Finora la conoscenza circa l’esistenza di questo fenomeno era infatti limitata a predizioni teoriche per alcuni materiali. La sua osservazione sulle superfici dei solidi lo rende estremamente interessante per lo sviluppo di nuovi dispositivi elettronici ultra sottili.
Il gruppo di ricerca, che comprende partner nazionali e internazionali tra cui l’Università Ca‘ Foscari di Venezia, l’Istituto Spin e l’Istituto Officina dei Materiali del CNR e l’Università di Salerno, ha investigato il fenomeno su un materiale già noto alla comunità scientifica per le sue proprietà elettroniche e per applicazioni di spintronica superconduttiva, ma la nuova scoperta ha un respiro più ampio, essendo molto più generale ed applicabile ad una vasta gamma di materiali quantistici.
Questi materiali stanno rivoluzionando la fisica quantistica e l’attuale sviluppo di nuove tecnologie, con proprietà che vanno ben oltre quelle descritte dalla fisica classica.
Hanno partecipato allo studio ricercatrici e ricercatori dal Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi di Ca’ Foscari, Istituto Officina dei Materiali, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Institute of Theoretical Physics della Jagiellonian University (Polonia), Institute of Physics della Polish Academy of Sciences, Dipartimento di Fisica “E. R. Caianiello” dell’Università di Salerno, Istituto SPIN del Consiglio Nazionale delle Ricerche, Synchrotron SOLEIL, Interdisciplinary Nanoscience Center della Aarhus University, Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Milano, Department of Physics and Astronomy della Seoul National University, Seoul, Korea.
