Nella fisica dello stato solido, le precise interazioni degli elettroni vengono analizzate attraverso un meticoloso lavoro investigativo, in definitiva per ottenere una migliore comprensione dei fenomeni fisici fondamentali.

Non è una sorpresa per i fan del genere thriller che per risolvere un caso, le impronte digitali devono essere accuratamente localizzate sulla scena del crimine. Nella moderna fisica dello stato solido, gli scienziati cercano processi di dispersione, interazioni tra elettroni, che contengano gli indizi necessari per avvicinarsi alla verità.

Rivelare questi spunti cruciali è particolarmente difficile nel caso di materiali complessi, dove molti elettroni giocano un ruolo contemporaneamente. Nei cosiddetti "sistemi a molti elettroni, " trilioni di elettroni possono essere collegati tra loro e scambiare energia e quantità di moto. All'Università di Tecnologia di Vienna, l'Università di Tubinga e l'École Polytechnique di Parigi, ricercatori hanno compiuto importanti progressi:con l'aiuto di un'analisi precisa, sono state identificate nuove strutture:schemi caratteristici nei complicati processi di dispersione che possono aiutare a "chiudere il caso".

Processi di dispersione e proprietà dei materiali

Tra le altre proprietà, i processi di scattering determinano la mobilità dei portatori di carica e quindi controllano se il sistema alla fine mostra un aspetto metallico, comportamento isolante o addirittura superconduttore. In poche parole, queste quantità matematiche riflettono la forza dell'interazione degli elettroni. Con l'aiuto di ampie simulazioni al computer, i ricercatori sulla materia condensata tentano di definire le proprietà fisiche dei sistemi a molti elettroni, e infine rispondere alle domande fondamentali della fisica dello stato solido, ad esempio:"Come funzionano i superconduttori non convenzionali?" o "Come avvengono le transizioni di fase fisica quantistica allo zero assoluto?"

Un gruppo di ricerca internazionale, compreso il gruppo del Professor Alessandro Toschi (Patrick Chalupa, Matthias Reitner e Daniel Springer) della TU Wien, La professoressa Sabine Andergassen dell'Università di Tubinga e Thomas Schäfer dell'École Polytechnique di Parigi, ha compiuto importanti progressi in questo senso. Un'analisi approfondita dei processi di scattering e il loro confronto in diverse situazioni fisiche ha permesso di identificare "impronte digitali" ben definite. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Lettere di revisione fisica .

Nuovi collegamenti scoperti

Simile agli scienziati forensi sulla scena del crimine, i ricercatori hanno cercato di collegare molti piccoli dettagli per vedere il quadro più ampio. Sono riusciti a identificare strutture caratteristiche nelle complesse quantità matematiche che descrivono i processi di scattering ea mettere in relazione queste strutture con due fenomeni fondamentali della fisica dello stato solido. Questi fenomeni fondamentali si sono rivelati la formazione di momenti magnetici locali nonché il loro schermaggio per effetto del cosiddetto effetto Kondo, che controllano in modo cruciale la mobilità degli elettroni. Questa nuova connessione consente di riconoscere gli effetti fisici rilevanti nei complessi processi di scattering in un solo sguardo. Identificando queste "impronte digitali, " è stato addirittura possibile scoprire un criterio alternativo per determinare una delle scale energetiche più fondamentali nella fisica teorica dello stato solido:la temperatura di Kondo.

Infine, queste scoperte potrebbero gettare nuova luce su misteri precedentemente irrisolti nella fisica dello stato solido, Per esempio, criticità quantistica nei sistemi di fermioni pesanti, superconduttività non convenzionale in materiali quantistici fortemente correlati e fenomeni magnetici sorprendenti negli ossidi di metalli di transizione. La corretta determinazione delle impronte quantistiche sottostanti potrebbe mettere la ricerca sulla strada giusta per comprendere questi sistemi a un livello fondamentale.