Nel mondo della scienza dei materiali, a volte le scoperte principali si trovano in luoghi inaspettati. Mentre lavoravano sulla resistività di un tipo di delafossite, il PdCoO2, i ricercatori del Laboratorio di materiali quantistici dell'EPFL hanno scoperto che gli elettroni nel loro campione non si comportavano completamente come previsto. Quando viene applicato un campo magnetico, gli elettroni conservavano le firme della loro natura ondulatoria, che poteva essere osservato anche in condizioni di temperatura relativamente elevata e appariva di dimensioni relativamente grandi. Questi risultati sorprendenti, ottenuto in collaborazione con diversi enti di ricerca, potrebbe rivelarsi utile, per esempio nella ricerca dell'informatica quantistica. La ricerca sarà pubblicata oggi sulla prestigiosa rivista Scienza .

Per cogliere il significato di questa scoperta, dobbiamo immaginarci sulla piccola scala degli atomi. A quella scala, vediamo che i metalli, anche se normalmente li consideriamo piuttosto densi, in realtà sono costituiti da moltissimi spazi vuoti attorno agli atomi. Quando gli elettroni si muovono in questi spazi interstiziali, hanno una duplice natura, comportandosi sia come particelle che come onde. Di solito i loro movimenti in un filo metallico vengono catturati bene dai loro aspetti simili a particelle, poiché la loro natura ondulatoria è troppo debole e mascherata da varie altre interazioni. Solo in condizioni di laboratorio altamente specifiche, soprattutto a temperature molto basse, gli esperimenti di Richard Webb e collaboratori avevano notoriamente scoperto il carattere ondulatorio degli elettroni nei metalli.

Il campione studiato era PdCoO ₂ , la cui struttura elettronica è quasi bidimensionale ed estremamente pura, e che viene utilizzato come catalizzatore in chimica. I ricercatori sono rimasti sorpresi nell'osservare un nuovo tipo di oscillazioni che mostrava lunghezze di coerenza significative quando il campione era soggetto a un campo magnetico. Questa coerenza è importante quando si cerca di preservare gli stati quantistici e le condizioni in cui si è verificata non avrebbero dovuto essere possibili secondo i principi di base della fisica. In questo caso, sono stati rilevati a temperature fino a 60 Kelvin ea scale di lunghezza fino a 12 micron.

"È gigantesco!"

"Questo è davvero sorprendente, "dice Philip Moll, che dirige il Laboratorio di materiali quantistici dell'EPFL. "È la prima volta che questo effetto quantistico viene osservato in un pezzo di metallo così grande. Dodici micrometri possono sembrare piccoli, ma per le dimensioni di un atomo, è gigantesco. Questa è la scala di lunghezza della vita biologica, come alghe e batteri”.

Il prossimo passo sarà cercare di capire meglio come questo fenomeno sia possibile su questa scala. Ma i ricercatori stanno già immaginando una vasta gamma di possibilità, in particolare nel campo dell'informatica quantistica.