Un recente studio ha esaminato il comportamento dei metalli critici quantistici, materiali che mostrano comportamenti insoliti a basse temperature, mettendo alla prova le teorie fisiche convenzionali. La ricerca ha rivelato che questi metalli subiscono cambiamenti significativi nei punti critici quantistici, potenzialmente contribuendo allo sviluppo di superconduttori ad alta temperatura.
Il fisico della Rice University Qimiao Si ha guidato uno studio che ha gettato luce sul misterioso comportamento dei metalli critici quantistici, materiali che sfidano le regole usuali della fisica a basse temperature. Pubblicata su Nature Physics il 9 dicembre, la ricerca esplora i punti critici quantistici (QCP), dove i materiali si trovano in uno stato di transizione tra due stati distinti, come essere magnetici o non magnetici.
Al centro dello studio c’è la criticità quantistica, uno stato in cui i materiali diventano estremamente sensibili alle fluttuazioni quantistiche, piccole interruzioni che modificano il comportamento degli elettroni. Mentre la maggior parte dei metalli segue leggi fisiche ben consolidate, i metalli critici quantistici sfidano queste aspettative, mostrando comportamenti insoliti e collettivi che hanno confuso gli scienziati per decenni, tanto che vengono definiti “metalli strani”.
Il Professore di Fisica e Astronomia Harry C. e Olga K. Wiess, nonché direttore dell’Alleanza dei Materiali Quantistici Estremi della Rice, ha dichiarato che il lavoro approfondisce come le quasiparticelle perdano la propria identità nei metalli strani in questi punti critici quantistici, portando a proprietà uniche che sfidano le teorie tradizionali. Le quasiparticelle rappresentano il comportamento collettivo degli elettroni che agiscono come particelle individuali e svolgono un ruolo cruciale nel trasferimento di energia e informazioni nei materiali.
Il nostro studio si estende oltre i metalli a fermioni pesanti per includere ossidi di rame e certi composti organici, tutti materiali che sfidano la teoria tradizionale del liquido di Fermi. Le proprietà di questi metalli strani si allineano con costanti fondamentali come la costante di Planck, che governa la relazione quantistica tra energia e frequenza.
I ricercatori hanno identificato una condizione chiamata scaling planckiano dinamico, in cui la dipendenza dalla temperatura delle proprietà elettroniche riflette fenomeni universali come la radiazione cosmica di fondo a microonde e la radiazione del “corpo nero”. Questa scoperta sottolinea un modello organizzativo condiviso tra vari materiali critici quantistici, offrendo spunti per la creazione di superconduttori avanzati.
Le implicazioni della ricerca si estendono ad altri materiali quantistici, inclusi superconduttori a base di ferro e quelli con strutture di reticolo intricate. Un esempio è il CePdAl, un composto in cui l’interazione tra due forze in competizione – l’effetto Kondo e le interazioni RKKY – determina il comportamento elettronico. Studiando queste transizioni, gli scienziati sperano di decodificare fenomeni simili in altri materiali correlati.
Questa ricerca, co-autorata da Haoyu Hu e Lei Chen del Dipartimento di Fisica e Astronomia della Rice, dell’Alleanza dei Materiali Quantistici Estremi e dell’Istituto Smalley-Curl, è stata supportata dalla National Science Foundation, dall’Air Force Office of Scientific Research, dalla Robert A. Welch Foundation, dalla Vannevar Bush Faculty Fellowship e dall’European Research Council.
