Gli elementi della tavola periodica si dividono in metalli, semimetalli e non metalli. La distinzione si basa sulle loro proprietà chimico-fisiche ed è determinata, in particolare, dal movimento degli elettroni e dalla capacità dei materiali di condurre energia elettrica:i metalli sono ottimi conduttori, i semimetalli hanno una conduttività limitata, i non metalli sono materiali isolanti, non conducono elettricità.
Questi stati, tuttavia, non sono immutabili. Sappiamo che un materiale isolante può essere trasformato in un metallo:con la chimica, introducendo nel materiale atomi con un numero diverso di elettroni; oppure con pressioni molto elevate, condizione che può essere creata solo in laboratori dedicati e che è difficilmente trasferibile ad altre applicazioni tecnologiche.
La scienza avanza ha pubblicato i risultati di uno studio condotto dal Dipartimento di Fisica dell'Università di Trento, dal Dipartimento di Fisica dell'Università della California Berkeley e dalla Divisione di Scienza dei Materiali del Lawrence Berkeley National Laboratory che propone una terza via per la trasformazione di un materiale isolante in un semimetallo.
"Abbiamo osservato che, esponendo un materiale isolante a impulsi laser ultraveloci (10 femtosecondi, ovvero 10 milioni di miliardesi di secondo), è possibile alterare il movimento degli elettroni", spiega Alessandra Lanzara, professoressa di Fisica alla UC Berkeley e autore corrispondente dello studio, insieme al Ph.D. lo studente Maxi Huber, autore principale dell'articolo.
Questo risultato può essere raggiunto solo attraverso una fotoeccitazione al di sopra di una soglia di fluenza e con il materiale appropriato. "Abbiamo utilizzato il diseleniuro di titanio (1T-TiSe2 ), un materiale che ho avuto modo di studiare molto approfonditamente nel corso della mia carriera", afferma il professor Matteo Calandra dell'Università di Trento e il ricercatore Giovanni Marini, coautori dello studio.
"Il diseleniuro di titanio ha caratteristiche molto particolari:è un materiale isolante, ma sembra un metallo. Ad esempio, è luminoso, mentre i materiali non conduttori sono solitamente opachi e non riflettono la luce."
In base ai risultati sperimentali e ai calcoli dei due gruppi di ricerca, l’esposizione di questo materiale a impulsi laser ultraveloci ne altera gli stati energetici e il movimento degli elettroni e, al di sopra di una soglia di fluenza, lo trasforma in un semimetallo per un breve periodo di tempo (appena meno di 500 femtosecondi).
C'è una differenza rispetto alla trasformazione chimica:la trasformazione del materiale non è permanente e non appena si interrompe l'esposizione al laser ritorna allo stato originale. Questo processo moltiplica le possibili applicazioni.
“Ad esempio”, spiega Calandra, “possiamo immaginare dispositivi con proprietà che passano da isolanti a semimetalliche in brevissimo tempo, caratteristica necessaria per sviluppare computer molto più potenti, capaci di elaborare calcoli complessi in brevissimo tempo. Oggi la capacità di calcolo si basa sull'utilizzo dei campi elettrici, ma la possibilità di utilizzare la luce apre nuovi orizzonti in questo campo di applicazione."
UniTrento ha lavorato sulla parte teorica e simulativa dell'elaborato. L'Università di Berkley si è concentrata sulla parte sperimentale della ricerca.
Ulteriori informazioni: Maximilian Huber et al, Creazione ultraveloce di uno stato semimetallico indotto dalla luce in 1T-TiSe2 fortemente eccitato , Progressi scientifici (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl4481
Informazioni sul giornale: La scienza avanza
Fornito da Università di Trento
