10.02.26 – Per la prima volta è stato dimostrato che la nematicità elettronica (una forma di auto-organizzazione degli elettroni) nasce da un meccanismo puramente elettronico. L’osservazione rappresenta un passo decisivo nella comprensione dei principi fondamentali che governano le proprietà emergenti dei materiali quantistici, fornendo, nel contempo, sia una base solida per interpretare fenomeni come la superconduttività sia aprendo nuovi scenari per la progettazione di materiali quantistici con proprietà controllabili. È il risultato del lavoro di un gruppo di ricercatori delle Università di Padova e Bologna. Lo studio è stato pubblicato in Nature Communications.
Materiali Kagome e nematicità elettronica
I cosiddetti materiali kagome – ispirati alla trama intrecciata dei tradizionali cesti giapponesi – costituiscono una classe emergente di materiali quantistici in cui la particolare geometria del reticolo elettronico favorisce l’insorgere di comportamenti collettivi degli elettroni. In questi sistemi, gli elettroni non si muovono in modo indipendente, ma tendono ad organizzarsi dando origine a proprietà inattese, che non possono essere ricondotte al comportamento dei singoli costituenti.
Tra questi fenomeni rientra la nematicità elettronica, una forma di auto-organizzazione in cui gli elettroni, pur muovendosi all’interno di un reticolo cristallino altamente simmetrico, rompono spontaneamente la simmetria di rotazione del sistema, scegliendo una direzione privilegiata. In modo analogo a quanto avviene nei cristalli liquidi nematici, il sistema perde parte della sua simmetria pur restando ordinato. Nel caso dei materiali quantistici, però, questa scelta direzionale riguarda esclusivamente gli elettroni e non comporta deformazioni visibili della struttura atomica.
«La nematicità è da tempo considerata un ingrediente essenziale per descrivere le proprietà dei materiali quantistici, ma mancava una dimostrazione sperimentale chiara della sua origine fondamentale», spiegano Federico Mazzola del Dipartimento di Fisica e Astronomia “Galileo Galilei” dell’Università di Padova, e Domenico Di Sante del Dipartimento di Fisica e Astronomia “Augusto Righi” dell’Università di Bologna. E aggiungono: «In questo lavoro mostriamo che il meccanismo è intrinseco ed elettronico e forniamo la prima evidenza sperimentale di un’instabilità di Pomeranchuk (Isaak Jakovlevič Pomeranchuk è stato un fisico sovietico, ndr) in un materiale kagome reale».
Frontiere della scoperta
La scoperta va oltre il singolo composto studiato. I materiali kagome rappresentano una piattaforma privilegiata per esplorare nuove fasi della materia quantistica e comprendere l’origine microscopica della nematicità fornisce una base solida per interpretare fenomeni ancora più complessi, inclusa la superconduttività. Più in generale, questi risultati suggeriscono che instabilità elettroniche analoghe possano essere comuni in materiali con strutture di banda complesse, aprendo nuove prospettive per la progettazione di materiali quantistici con proprietà controllabili. (Red.)
Vedi
https://www.unipd.it
https://www.unibo.it
https://rdcu.be/eYkLx
https://heos.it/category/scienze/
Vedi anche
https://heos.it/category/libri-in-vetrina-26/
https://heos.it/category/libri-in-vetrina-25/
https://www.gazzettadiverona.it/category/in-libreria-26/
https://www.gazzettadiverona.it/category/in-libreria-25/
