Le transizioni di fase sono onnipresenti in natura e una delle più intriganti è la transizione dallo stato isolante a quello metallico. Questo fenomeno è al centro di molte proprietà affascinanti, come la superconduttività e la colossale magnetoresistenza.
VO2 è un ottimo esempio di materiale che presenta IMT. A temperatura ambiente è un isolante, il che significa che gli elettroni non possono attraversarlo facilmente. Tuttavia, quando riscaldato oltre i 68 gradi Celsius, subisce una trasformazione drammatica e diventa un metallo, consentendo agli elettroni di muoversi liberamente.
"Questa transizione da isolante a metallo nel VO2 è stata ampiamente studiata, sia teoricamente che sperimentalmente", afferma l'autore principale Ryotaro Arita. "Tuttavia, l'esatto meccanismo microscopico dietro la transizione è ancora oggetto di dibattito."
Per far luce su questo mistero, il team dell’ISSP ha utilizzato un apparato sperimentale innovativo noto come spettroscopia di fotoemissione risolta nel tempo. Questa tecnica ha permesso loro di seguire i cambiamenti nella struttura elettronica del VO2 mentre viene sottoposto all’IMT, con una risoluzione temporale senza precedenti.
I loro esperimenti hanno rivelato che l’IMT nel VO2 è guidato da una complessa interazione tra spin degli elettroni, carica e vibrazioni del reticolo. I risultati suggeriscono che gli spin degli elettroni svolgono un ruolo cruciale nel processo e che la transizione comporta una sottile interazione tra diverse bande elettroniche.
"I nostri risultati forniscono nuove informazioni sui meccanismi fondamentali alla base della transizione isolante-metallo nel VO2 e aprono nuove possibilità per esplorare e controllare questo affascinante fenomeno in altri materiali quantistici", afferma Arita.
Questo lavoro, pubblicato su Nature Communications, apre la strada a ulteriori ricerche sulla fisica dell’IMT e potrebbe portare allo sviluppo di nuovi dispositivi elettronici basati su materiali quantistici.
