Se l'acqua diventa ghiaccio, il ferro si smagnetizza o un materiale diventa superconduttore:per i fisici c'è sempre dietro di esso una transizione di fase. Si sforzano di comprendere questi diversi fenomeni cercando proprietà universali. I ricercatori della Goethe University di Francoforte e della Technische Universität Dresden hanno ora fatto una scoperta pionieristica durante il loro studio su una transizione di fase da un conduttore elettrico a un isolante (transizione Mott metallo-isolante).

Secondo la previsione di Sir Nevill Francis Mott nel 1937, la repulsione reciproca degli elettroni carichi, responsabili del trasporto di corrente elettrica, può causare una transizione metallo-isolante. Ancora, contrariamente all'opinione comune dei libri di testo, secondo cui la transizione di fase è determinata esclusivamente dagli elettroni, è l'interazione degli elettroni con il reticolo atomico del solido che è il fattore determinante. Lo hanno riferito i ricercatori nell'ultimo numero di Progressi scientifici rivista.

Il gruppo di ricerca, guidato dal Professor Michael Lang dell'Istituto di Fisica dell'Università Goethe di Francoforte, è riuscito a fare la scoperta con l'aiuto di un apparato artigianale unico al mondo. Consente la misurazione delle variazioni di lunghezza a basse temperature sotto pressione esterna variabile con una risoluzione estremamente elevata. In questo modo, è stato possibile dimostrare sperimentalmente per la prima volta che non sono solo gli elettroni a svolgere un ruolo significativo nella transizione di fase, ma anche il reticolo atomico, l'impalcatura del solido.

"Questi risultati sperimentali annunceranno un cambiamento di paradigma nella nostra comprensione di uno dei fenomeni chiave dell'attuale ricerca sulla materia condensata, " afferma il professor Lang. La transizione di Mott metallo-isolante è legata in particolare a fenomeni insoliti, come la superconduttività ad alta temperatura nei materiali a base di ossido di rame. Questi offrono un enorme potenziale per future applicazioni tecniche.

L'analisi teorica dei risultati sperimentali si basa sulla nozione fondamentale che le molte particelle in un sistema vicino a una transizione di fase non solo interagiscono con le loro immediate vicinanze, ma "comunicano" anche su lunghe distanze con tutte le altre particelle. Come conseguenza, solo gli aspetti generali sono importanti, come la simmetria del sistema. L'identificazione di tali proprietà universali è quindi la chiave per comprendere le transizioni di fase.

"Queste nuove intuizioni aprono una prospettiva completamente nuova sulla transizione metallo-isolante di Mott e consentono una modellazione teorica più sofisticata della transizione di fase, " spiega il dottor Markus Garst, Professore Associato presso l'Istituto di Fisica Teorica della Technische Universität Dresden.