Attraverso una ricerca sperimentale, un team di fisici affiliati a diverse istituzioni in Cina ha osservato per la prima volta un materiale in una fase supersolida della materia. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Nature , il gruppo descrive gli esperimenti condotti per realizzare questa impresa e le sue implicazioni. Natura ha pubblicato un briefing di ricerca nello stesso numero della rivista che delinea il lavoro svolto dal team su questo sforzo.
Un supersolido è un materiale apparentemente contraddittorio:è definito rigido, ma possiede anche superfluidità, in cui un liquido scorre senza attrito. Negli anni '70, il lavoro teorico di Anthony Leggett suggerì che un materiale del genere potesse essere possibile. Ma fino ad ora nessuno è riuscito a trovarlo in natura o a sintetizzarlo in laboratorio.
Per creare un supersolido, i ricercatori coinvolti in questo nuovo studio hanno iniziato con un composto chiamato NBCP:ha l’attributo unico di atomi disposti in reticoli triangolari. Ciò significa, ha scoperto il team di ricerca, che se viene posizionato all'interno di un campo magnetico, tutti i suoi atomi ruoteranno nella stessa direzione.
Ma quando il magnete viene rimosso, tutti gli atomi cercano di orientarsi con uno spin opposto a quello dei loro vicini, ma poiché sono disposti in un triangolo, la "frustrazione" nasce a causa dei limitati orientamenti possibili. Questa osservazione ha suggerito che nelle giuste condizioni, NBCP potrebbe esistere come supersolido.
Per creare le giuste condizioni, i ricercatori hanno costruito un apparato per misurare l'effetto magnetocalorico poiché il materiale veniva esposto a un campo magnetico senza timore di perdite di calore. Ciò ha permesso loro di mappare lo stato di entropia, che a sua volta ha permesso loro di rilevare gli stati di spin degli atomi e le loro transizioni. Hanno confrontato i risultati con calcoli teorici e hanno stabilito che erano sulla strada giusta.
Hanno poi effettuato misurazioni della diffrazione dei neutroni e le hanno confrontate con i calcoli teorici, trovando ancora una volta un accordo. Insieme, tali misurazioni hanno permesso loro di concludere di aver osservato un materiale nel suo stato supersolido.
Si prevede che l'osservazione apra nuove possibilità per lo studio dei fenomeni quantistici e la simulazione di nuovi materiali.
Ulteriori informazioni: Junsen Xiang et al, Effetto magnetocalorico gigante nel candidato supersolido con spin Na2BaCo(PO4)2, Natura (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06885-w
Lo spin supersolido con un gigantesco effetto magnetocalorico promette una nuova strada verso il raffreddamento estremo, Natura (2024). DOI:10.1038/d41586-023-04102-2. www.nature.com/articles/d41586-023-04102-2
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