Uno strano stato materiale collega isolante e metallo
In alcuni materiali, gli elettroni passano da un intervallo energetico all'altro che in realtà sono strettamente separati l'uno dall'altro. Ora si scopre che questo comportamento non è un caso speciale esotico, ma si verifica in modo del tutto naturale e indica una nuova classe di materiali.
I materiali sono solitamente o metallici o isolanti, il che significa che i portatori di carica possono muoversi liberamente al loro interno oppure no. Anche se a volte gli elettroni sembrano trovarsi in una misteriosa regione intermedia, tali osservazioni sono state considerate anomalie difficili da spiegare. Come riportano i fisici dello stato solido Juraj Krsnik e Karsten Held della TU Wien, tali stati di transizione non sono affatto estranei. Al contrario, si verificano regolarmente. Secondo i ricercatori, questo rivela un'intera nuova classe di materiali.
Dipende dall'energia degli elettroni il fatto che essi fluttuino tra gli atomi del materiale o che rimangano legati a singoli atomi. Ciò avviene in aree con determinate energie possibili, note come bande energetiche. I portatori di carica hanno quindi velocità o quantità di moto tipiche in queste zone. Gli stati intermedi sono in realtà proibiti.
Tuttavia, alcune sostanze hanno mostrato una strana connessione circa 20 anni fa: In corrispondenza di alcuni valori strettamente definiti della quantità di moto, più di un livello energetico viene improvvisamente aperto agli elettroni, che possono così raggiungere sia la banda energetica superiore che quella inferiore. Una stretta "cascata" sembra fare da ponte tra i due. Il processo si verifica negli ossidi dei cosiddetti metalli di transizione, come i cuprati e i nichelati, che da anni attirano l'attenzione anche come superconduttori ad alta temperatura. Gli esperti hanno sviluppato diverse spiegazioni complicate, come accoppiamenti con particelle nascoste o quasiparticelle presenti nel materiale.
Krsnik e Held hanno studiato il fenomeno in modo più dettagliato. Per farlo, hanno modellato nel dettaglio le interazioni tra gli elettroni e il materiale e hanno confrontato i risultati teorici con quelli degli esperimenti passati. La loro sorprendente constatazione: il processo non è così insolito come si pensava. Al contrario, sembra addirittura verificarsi regolarmente, ogni volta che una banda energetica si separa da un'altra. Nella loro pubblicazione, i fisici hanno quindi coniato la metafora di un cordone ombelicale anziché di una cascata, che continua a collegare le bande madre e figlia per un po' di tempo dopo la nascita di una banda energetica.
In ogni caso, l'autrice ha spiegato che il processo di separazione non è insolito.
In ogni caso, la sua spiegazione avvicina il fenomeno alla vita quotidiana, non solo concettualmente ma anche fisicamente. Non richiede effetti esotici, ma dipende semplicemente dall'interazione tra gli elettroni. Ciò indica un'altra classe di stati nei solidi, come Held dichiara in un comunicato stampa: "La scienza dei materiali si colloca tra i conduttori elettrici e gli isolanti più di quanto si pensasse in precedenza."
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articolo originale su Spektrum.de
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