Un gruppo di ricerca internazionale ha scoperto un nuovo stato della materia caratterizzato dall'esistenza di un fenomeno quantistico chiamato corrente chirale. Queste correnti sono generate su scala atomica da un movimento cooperativo di elettroni, a differenza dei materiali magnetici convenzionali le cui proprietà hanno origine dalla caratteristica quantistica di un elettrone nota come spin e dal loro ordinamento nel cristallo.
La chiralità è una proprietà di estrema importanza nella scienza, ad esempio è fondamentale anche per comprendere il DNA. Nel fenomeno quantistico scoperto, la chiralità delle correnti è stata rilevata studiando l'interazione tra luce e materia, in cui un fotone opportunamente polarizzato può emettere un elettrone dalla superficie della materia con uno stato di spin ben definito.
La scoperta, pubblicata su Nature , arricchisce significativamente la nostra conoscenza dei materiali quantistici nella ricerca di fasi quantistiche chirali e sui fenomeni che si verificano sulla superficie dei materiali.
"La scoperta dell'esistenza di questi stati quantistici potrebbe aprire la strada allo sviluppo di un nuovo tipo di elettronica che utilizza correnti chirali come portatori di informazione al posto della carica dell'elettrone", spiega Federico Mazzola, ricercatore di Fisica della materia condensata al Ca ' Università Foscari di Venezia e capofila della ricerca.
"Inoltre, questi fenomeni potrebbero avere un'importante implicazione per future applicazioni basate su nuovi dispositivi optoelettronici chirali, e un grande impatto nel campo delle tecnologie quantistiche per nuovi sensori, nonché nel campo biomedico e delle energie rinnovabili."
Nato da una previsione teorica, questo studio ha verificato direttamente e per la prima volta l'esistenza di questo stato quantistico, fino ad ora enigmatico e sfuggente, grazie all'utilizzo del sincrotrone italiano Elettra. Finora, infatti, la conoscenza dell’esistenza di questo fenomeno era limitata a previsioni teoriche per alcuni materiali. La sua osservazione sulle superfici dei solidi lo rende estremamente interessante per lo sviluppo di nuovi dispositivi elettronici ultrasottili.
Il gruppo di ricerca, che comprende partner nazionali e internazionali tra cui l'Università Ca' Foscari Venezia, l'Istituto Spin, l'Istituto Officina Materiali del CNR e l'Università degli Studi di Salerno, ha indagato il fenomeno di un materiale già noto alla comunità scientifica per le sue proprietà elettroniche e per applicazioni spintroniche superconduttrici, ma la nuova scoperta ha una portata più ampia, essendo molto più generale e applicabile a una vasta gamma di materiali quantistici.
Questi materiali stanno rivoluzionando la fisica quantistica e l'attuale sviluppo di nuove tecnologie, con proprietà che vanno ben oltre quelle descritte dalla fisica classica.
Ulteriori informazioni: Federico Mazzola, Firme di un metallo chirale spin-orbitale di superficie, Natura (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07033-8. www.nature.com/articles/s41586-024-07033-8
Fornito da Università Ca' Foscari Venezia
