I ricercatori dell’Università della California a Irvine (UCI) hanno identificato un nuovo stato della materia all’interno di un materiale sintetizzato nei loro laboratori, una scoperta che potrebbe ridefinire i limiti dell’informatica quantistica e dell’esplorazione spaziale, poiché consentirebbe di creare computer più efficienti, resistenti alle radiazioni e potenzialmente in grado di funzionare nelle condizioni estreme dello spazio profondo.
Se l’acqua avesse un quarto stato, sarebbe così
La scoperta, pubblicata sulla rivista Physical Review Letters, descrive una fase quantistica mai osservata prima d’ora in cui gli elettroni e le loro controparti, note come “buchi”, si accoppiano spontaneamente formando stati esotici chiamati eccitoni.
L’insolito, secondo il professor Luis A. Jauregui, autore principale dello studio e membro del dipartimento di Fisica e Astronomia dell’UCI, è che queste particelle ruotano nella stessa direzione, creando una struttura unica. È come se l’acqua, oltre ad essere liquida, ghiacciata o vaporizzata, avesse un quarto stato finora sconosciuto, afferma Jauregui. Se potessimo tenerlo tra le mani, emetterebbe una luce brillante ad alta frequenza.
Il materiale responsabile di questo fenomeno, chiamato pentatelururo di hafnio, è stato sviluppato da Jinyu Liu, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Jauregui e primo firmatario dell’articolo. Per confermare l’esistenza di questo stato quantistico, il team ha sottoposto il composto a campi magnetici ultra elevati – fino a 70 tesla, un’intensità 700 volte superiore a quella di una calamita da frigorifero – presso il Laboratorio Nazionale di Los Alamos (LANL), nel New Mexico.
Gli scienziati hanno scoperto un materiale resistente alle radiazioni: la chiave per i computer su Marte?
La chiave della scoperta è stata un comportamento inaspettato: quando è stato applicato il campo magnetico, la capacità del materiale di condurre elettricità è crollata bruscamente. Questo calo ci ha indicato che era entrato in un nuovo stato quantistico, sottolinea Jauregui. Secondo il fisico, questo fenomeno suggerisce che le informazioni potrebbero essere trasmesse non tramite carica elettrica, come avviene nei dispositivi attuali, ma attraverso lo spin delle particelle, un approccio che ridurrebbe drasticamente il consumo energetico e aprirebbe la strada a un’elettronica basata sulla spintronica o a dispositivi quantistici più stabili.
Ma le implicazioni vanno oltre l’efficienza. A differenza dei semiconduttori convenzionali, questo materiale è immune alle radiazioni, una caratteristica fondamentale per le missioni spaziali di lunga durata. Se vogliamo computer su Marte o nei viaggi interstellari, abbiamo bisogno di componenti che non si guastino dopo anni di esposizione ai raggi cosmici, sottolinea Jauregui. Aziende come SpaceX, che progettano di inviare esseri umani sul pianeta rosso, potrebbero trarre vantaggio da questa tecnologia, anche se il ricercatore ammette che è ancora troppo presto per prevederne tutte le applicazioni.
La creazione e la caratterizzazione del pentateluro di hafnio ha richiesto uno sforzo multidisciplinare. Oltre a Liu, hanno partecipato gli studenti di dottorato Robert Welser e Timothy McSorley e il ricercatore universitario Triet Ho, tutti dell’UCI. Nel frattempo, il team teorico del LANL, composto da Shizeng Lin, Varsha Subramanyan e Avadh Saxena, ha fornito modelli per interpretare i risultati.