Il Premio Nobel per la Fisica 2016 ha celebrato il ricco comportamento dei materiali bidimensionali (2-D), come atomi, molecole, o elettroni che sono confinati a muoversi su una superficie piana.

Rispetto alle loro controparti tridimensionali (3-D), tali materiali presentano proprietà nuove ed esotiche, la cui delucidazione è all'avanguardia nella ricerca sulla fisica della materia condensata.

Un caso molto interessante è il comportamento dei cristalli 2-D. A differenza dei materiali 3D, che si fondono sempre allo stato liquido o `fase, La teoria prevede che i cristalli 2-D si fondono in una nuova fase chiamata esatica.

Fase esatica

Nel personaggio, l'esatico è intermedio tra una fase cristallina e un liquido, in quanto le sue particelle costituenti mostrano un ordine orientazionale a lungo raggio (come un cristallo) ma solo un ordine posizionale a corto raggio (come un liquido).

Anche per il materiale del modello 2D più semplice, composto da dischi rigidi identici, trovare la conferma che un cristallo bidimensionale si scioglie in una fase esatica è stato uno dei problemi più antichi della fisica.

Dopo numerosi tentativi (nell'arco di quattro decenni) è stato risolto nel 2011 con l'uso di simulazioni al computer su larga scala.

In una collaborazione tra due università GW4, Il dottor John Russo della School of Mathematics dell'Università di Bristol e il professor Nigel Wilding, dal Dipartimento di Fisica dell'Università di Bath, hanno sfruttato la potenza combinata dei computer ad alte prestazioni in entrambe le università per dimostrare che il comportamento dei cristalli 2-D diventa ancora più strano quando si considerano miscele di due tipi di particelle.

I loro risultati sono stati pubblicati oggi sulla rivista Lettere di revisione fisica .

Fisica fondamentale

Il dottor Russo ha dichiarato:"Per questa ricerca abbiamo considerato il sistema di hard disk 2-D studiato in precedenza, ma con una svolta:abbiamo introdotto una seconda specie di disco che è solo il 70 percento più grande delle altre.

"È interessante notare che la presenza di questo secondo tipo di disco fa scomparire la fase esatica".

Il professor Wilding ha aggiunto:"Ciò si verifica a concentrazioni sorprendentemente piccole dei piccoli dischi:scambiare solo l'1% dei dischi con le specie più piccole è sufficiente per perdere l'esatico.

"Abbiamo scoperto che l'esatico è uno stato così delicato della materia perché la sua entropia è solo leggermente maggiore di quella del liquido.

"L'aggiunta di piccole particelle aumenta l'entropia del liquido e questo a sua volta destabilizza l'esatico".

I ricercatori affermano che il loro studio contribuisce alla comprensione fondamentale dell'affascinante fisica della materia in due dimensioni, e apre le porte alla progettazione di nuovi materiali con proprietà strane ed esotiche.

"Scomparsa della fase esatica in una miscela binaria di dischi rigidi" di J. Russo, e N. Wilding è pubblicato in Lettere di revisione fisica .