Tre scienziati dell'Università di Chicago hanno eseguito i numeri, e credono che ci possa essere un modo per creare un materiale che possa condurre sia elettricità che energia con un'efficienza del 100%, senza mai perderne a causa del calore o dell'attrito.

La svolta, pubblicato il 18 febbraio in Revisione fisica B , suggerisce un quadro per un tipo di materia completamente nuovo, che potrebbero avere applicazioni tecnologiche molto utili nel mondo reale. Sebbene la previsione sia basata sulla teoria, sono in corso sforzi per testarlo sperimentalmente.

"Abbiamo iniziato cercando di rispondere a una domanda davvero basilare, per vedere se fosse anche possibile, pensavamo che queste due proprietà potessero essere incompatibili in un materiale, " ha affermato il coautore e consulente di ricerca David Mazziotti, un professore di Chimica e il James Franck Institute ed un esperto di struttura elettronica molecolare. "Ma con nostra sorpresa, abbiamo scoperto che i due stati in realtà diventano entangled a livello quantistico, e così rafforzarsi a vicenda".

Poiché una quantità incalcolabile di energia viene persa dalle linee elettriche, motori e macchinari ogni anno, gli scienziati sono ansiosi di trovare alternative più efficienti. "In molti modi, questa è la domanda più importante del 21° secolo:come generare e spostare energia con perdite minime, " Disse Mazziotti.

Conosciamo i superconduttori, un tipo di materiale che può condurre elettricità per sempre con perdite quasi pari a zero, da più di un secolo. Ma è stato solo negli ultimi anni che gli scienziati sono riusciti a realizzare in laboratorio un materiale simile in grado di condurre energia con perdite quasi nulle, detto condensato di eccitoni.

Ma sia i superconduttori che i condensati di eccitoni sono materiali difficili da realizzare e da mantenere in funzione, in parte perché gli scienziati non comprendono appieno come funzionano e la teoria alla base è incompleta. lo sappiamo, però, che entrambi coinvolgono l'azione della fisica quantistica.

La studentessa universitaria di Chicago LeeAnn Sager ha iniziato a chiedersi come i due stati potessero essere generati nello stesso materiale. Il gruppo di Mazziotti è specializzato nell'esplorazione delle proprietà e delle strutture di materiali e sostanze chimiche utilizzando il calcolo, così ha iniziato a inserire diverse combinazioni in un modello di computer. "Abbiamo analizzato molte possibilità, e poi con nostra sorpresa, trovato una regione in cui entrambi gli stati potessero coesistere, " lei disse.

Sembra che nella giusta configurazione, i due stati in realtà diventano entangled, un fenomeno quantistico in cui i sistemi si connettono in modo intangibile. Ciò sfida la nozione convenzionale secondo cui i due stati non sono correlati, e potrebbe aprire un nuovo campo di condensati di coppie di eccitoni e fermioni doppi.

Usando un po' di matematica avanzata, hanno dimostrato che grazie all'entanglement quantistico, i condensati duali dovrebbero teoricamente esistere anche alla dimensione macroscopica, cioè visibile all'occhio umano.

"Ciò implica che tali condensati possono essere realizzabili in nuovi materiali, come un doppio strato di superconduttori, " ha detto Sager.

Gli scienziati stanno lavorando con gruppi sperimentali per vedere se la previsione può essere ottenuta con materiali reali.

"Essere in grado di combinare la superconduttività e i condensati di eccitoni sarebbe fantastico per molte applicazioni:elettronica, spintronica, informatica quantistica, " disse Shiva Safaei, un ricercatore post-dottorato e il terzo autore dell'articolo. "Anche se questo è un primo passo, sembra estremamente promettente."