Nel mondo dei materiali quantistici, dove le particelle mostrano comportamenti strani e imprevedibili, i ricercatori hanno scoperto che una vecchia legge è ancora valida. La legge, nota come teorema di Lieb-Schultz-Mattis, afferma che alcuni tipi di sistemi quantistici non possono avere un gap energetico tra il loro stato fondamentale e il primo stato eccitato.

Questo teorema è noto da oltre 40 anni, ma le sue implicazioni per i materiali quantistici sono ancora in fase di studio. In un nuovo studio, i ricercatori dell’Università della California, Berkeley e dell’Università del Colorado Boulder hanno dimostrato che il teorema di Lieb-Schultz-Mattis può essere utilizzato per comprendere le proprietà di una classe di materiali quantistici noti come materiali di Kitaev.

I materiali Kitaev prendono il nome dal fisico russo Alexei Kitaev, che per primo ne propose l'esistenza nel 2006. Questi materiali sono caratterizzati dal loro forte accoppiamento spin-orbita, che è l'interazione tra gli spin degli elettroni e il loro movimento orbitale. Questa interazione dà origine a una serie di proprietà insolite, inclusa la capacità di ospitare fermioni di Majorana, che sono quasiparticelle che si comportano come le proprie antiparticelle.

Nel loro studio, i ricercatori hanno dimostrato che il teorema di Lieb-Schultz-Mattis può essere utilizzato per spiegare l’esistenza dei fermioni di Majorana nei materiali di Kitaev. Hanno anche dimostrato che il teorema può essere utilizzato per prevedere le proprietà di altri materiali Kitaev che non sono ancora stati scoperti.

Questi risultati rappresentano un significativo passo avanti nella comprensione dei materiali quantistici. Forniscono un nuovo strumento che i ricercatori possono utilizzare per progettare e ingegnerizzare materiali con proprietà specifiche. Ciò potrebbe portare allo sviluppo di nuove tecnologie, come i computer quantistici e i dispositivi spintronici.

Lo studio è pubblicato sulla rivista Physical Review Letters.