Ricercatori della Columbia University e dell'Università della California, San Diego, hanno introdotto un nuovo approccio "multi-messaggero" alla fisica quantistica che rappresenta un salto tecnologico nel modo in cui gli scienziati possono esplorare i materiali quantistici.

I risultati appaiono in un recente articolo pubblicato su Materiali della natura , guidato da A.S. McLeod, ricercatore post-dottorato, Iniziativa Columbia Nano, con i coautori Dmitri Basov e A.J. Millis alla Columbia e R.A. Averit all'Università di San Diego.

"Abbiamo portato una tecnica dalla scala intergalattica fino al regno dell'ultra-piccolo, " disse Basov, Higgins Professore di Fisica e Direttore dell'Energy Frontier Research Center alla Columbia. Equipaggiati con strumenti di nanoscienza multimodale, ora possiamo andare regolarmente in posti che nessuno pensava sarebbe stato possibile fino a cinque anni fa".

Il lavoro è stato ispirato dall'astrofisica "multi-messaggero", che è emersa nell'ultimo decennio come una tecnica rivoluzionaria per lo studio di fenomeni distanti come le fusioni di buchi neri. Misure simultanee da strumenti, compresi infrarossi, ottico, I telescopi a raggi X e a onde gravitazionali possono, presi insieme, fornire un'immagine fisica maggiore della somma delle loro singole parti.

È in corso la ricerca di nuovi materiali che possano integrare l'attuale dipendenza dai semiconduttori elettronici. Il controllo sulle proprietà dei materiali mediante la luce può offrire una migliore funzionalità, velocità, flessibilità ed efficienza energetica per le piattaforme informatiche di nuova generazione.

I documenti sperimentali sui materiali quantistici hanno in genere riportato risultati ottenuti utilizzando un solo tipo di spettroscopia. I ricercatori hanno dimostrato la potenza dell'utilizzo di una combinazione di tecniche di misurazione per esaminare simultaneamente le proprietà elettriche e ottiche.

I ricercatori hanno eseguito il loro esperimento focalizzando la luce laser sulla punta affilata di una sonda ad ago rivestita di materiale magnetico. Quando film sottili di ossido metallico sono soggetti a una sollecitazione unica, impulsi di luce ultraveloci possono attivare il materiale per passare in una fase inesplorata di domini su scala nanometrica, e il cambiamento è reversibile.

Scansionando la sonda sulla superficie del loro campione di film sottile, i ricercatori sono stati in grado di innescare il cambiamento localmente e simultaneamente manipolare e registrare l'elettricità, proprietà magnetiche e ottiche di questi domini innescati dalla luce con precisione su scala nanometrica.

Lo studio rivela come proprietà impreviste possono emergere in materiali quantistici a lungo studiati su scale ultra-piccole quando gli scienziati li sintonizzano in base alla deformazione.

"È relativamente comune studiare questi materiali in nanofase con sonde di scansione. Ma questa è la prima volta che una nanosonda ottica è stata combinata con la nano-imaging magnetica simultanea, e tutto alle bassissime temperature dove i materiali quantistici mostrano i loro pregi, " disse McLeod. "Ora, l'indagine sui materiali quantistici mediante la nanoscienza multimodale offre un mezzo per chiudere il ciclo sui programmi per ingegnerizzarli".