La fisica quantistica continua a rivelare proprietà nascoste della materia che potrebbero rivoluzionare l'elettronica del futuro. Un team internazionale guidato dall'Università di Ginevra, in collaborazione con l'Università di Salerno e l'Istituto CNR-SPIN, ha dimostrato sperimentalmente l'esistenza di una caratteristica geometrica all'interno dei materiali quantistici che influenza il movimento degli elettroni in modo analogo a come la gravità, secondo la teoria della relatività generale di Einstein, curva il percorso della luce. La scoperta, pubblicata sulla rivista Science, rappresenta un passaggio cruciale dalla speculazione teorica all'osservazione sperimentale di un fenomeno previsto matematicamente da circa vent'anni.
Al centro della ricerca si trova il concetto di metrica quantica, una struttura geometrica intrinseca che emerge quando enormi quantità di particelle interagiscono all'interno di determinati materiali. Questa geometria interna descrive la curvatura dello spazio quantistico attraverso cui viaggiano gli elettroni e determina numerose proprietà microscopiche della materia. Nonostante la sua rilevanza teorica, dimostrarne l'esistenza concreta attraverso esperimenti si era rivelato estremamente complesso fino ad oggi.
I ricercatori hanno individuato la metrica quantica nell'interfaccia tra due materiali ossidi: il titanato di stronzio e l'alluminato di lantanio. Questa giunzione rappresenta già una piattaforma consolidata per lo studio dei comportamenti quantistici della materia. Come spiega Giacomo Sala, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica della Materia Quantistica dell'Università di Ginevra e primo autore dello studio, la presenza della metrica quantica può essere rivelata osservando come le traiettorie degli elettroni vengono distorte sotto l'influenza combinata della metrica stessa e di intensi campi magnetici applicati ai solidi.
La metodologia sperimentale si basa sulla capacità di misurare con precisione le deviazioni nelle traiettorie elettroniche quando i materiali vengono sottoposti a campi magnetici di elevata intensità. Questa tecnica permette di rilevare le distorsioni geometriche dello spazio quantistico che altrimenti rimarrebbero invisibili. L'analogia con la relatività generale non è puramente metaforica: così come la massa curva lo spaziotempo modificando il percorso dei raggi luminosi, la metrica quantica piega lo spazio in cui si muovono gli elettroni, alterandone il comportamento.
Andrea Caviglia, professore ordinario e direttore del Dipartimento di Fisica della Materia Quantistica presso la Facoltà di Scienze dell'Università di Ginevra, sottolinea come il concetto di metrica quantica risalga a circa vent'anni fa ma sia stato considerato a lungo esclusivamente teorico. Solo negli anni recenti gli scienziati hanno iniziato a esplorarne gli effetti tangibili sulle proprietà della materia, aprendo una nuova frontiera nella comprensione dei materiali quantistici.
La capacità di osservare e misurare questo effetto geometrico consente ai ricercatori di determinare con maggiore accuratezza le proprietà ottiche, elettroniche e di trasporto dei materiali. Uno degli aspetti più significativi emersi dallo studio è che la metrica quantica non costituisce un fenomeno eccezionale limitato a pochi materiali esotici, ma rappresenta una caratteristica fondamentale presente in un'ampia gamma di sostanze. Questa scoperta amplia considerevolmente il numero di sistemi in cui potrebbero manifestarsi fenomeni correlati alla geometria quantistica.
Le implicazioni tecnologiche di questa ricerca sono particolarmente rilevanti per lo sviluppo dell'elettronica di prossima generazione. La comprensione della metrica quantica apre prospettive concrete per la progettazione di dispositivi elettronici operanti a frequenze terahertz, equivalenti a mille miliardi di oscillazioni al secondo, una scala temporale che permetterebbe velocità di elaborazione enormemente superiori a quelle attuali. Inoltre, la geometria quantistica potrebbe giocare un ruolo cruciale nel miglioramento dei materiali superconduttori e nell'ottimizzazione delle interazioni tra luce e materia, settori fondamentali per le tecnologie quantistiche emergenti.
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