Fisici FSU Identificano Nuova Fase Quantistica in Transizione Elettronica

Ricercatori presso la Florida State University (FSU) hanno identificato una fase quantistica inedita in cui gli elettroni manifestano un comportamento imprevedibile, sfidando le attuali comprensioni della meccanica quantistica. La scoperta, pubblicata sulla rivista npj Quantum Materials, riguarda la transizione degli elettroni da uno stato di solido cristallino a un moto che assomiglia a quello di un fluido. Il team della FSU ha utilizzato strumenti computazionali avanzati, inclusi i contributi del programma ACCESS della National Science Foundation, per convalidare le proprie osservazioni.

La ricerca si inserisce nel contesto più ampio dello studio delle transizioni di fase quantistiche, un campo che ha beneficiato significativamente dalla simulazione su processori quantistici. Il nucleo di questa rivelazione è strettamente legato al concetto di cristallo di Wigner generalizzato, una costruzione teorica introdotta da Eugene Wigner nel 1934. Sotto una sintonizzazione quantistica eseguita con precisione, queste reticoli elettronici ordinati possono liquefarsi, consentendo agli elettroni di muoversi liberamente.

Gli scienziati hanno identificato uno stato intermedio, definito "pinball", in cui una porzione degli elettroni rimane stazionaria mentre altri si muovono in modo caotico. Questo stato ibrido esibisce simultaneamente proprietà sia isolanti che conduttive, rappresentando un effetto meccanico quantistico mai osservato in precedenza. La comprensione di tali stati intermedi è considerata cruciale per la fisica della materia condensata.

Il gruppo di ricerca, che include scienziati come Cyprian Lewandowski, Hitesh Changlani e Aman Kumar, ha impiegato metodologie rigorose, tra cui la diagonalizzazione esatta e le simulazioni Monte Carlo, per delineare le mappe di fase del sistema. Sintonizzando le interazioni all'interno di un superreticolo bidimensionale a moiré, il team ha dimostrato la coesistenza di comportamenti elettronici sia solidi che fluidi. A differenza del reticolo triangolare convenzionale, il cristallo di Wigner generalizzato permette l'esistenza di diverse conformazioni cristalline, quali strutture a strisce o a nido d'ape.

Questo lavoro stabilisce una piattaforma sperimentale per sondare fenomeni complessi della fisica molti-corpo. Si prevedono ricadute significative per le tecnologie quantistiche, in particolare nello sviluppo di qubit più robusti destinati ai computer quantistici a tolleranza di errore. La capacità di modulare le fasi elettroniche potrebbe anche accelerare i progressi nella spintronica a basso consumo energetico e potenziare i dispositivi basati su materiali come il grafene.

Un vantaggio notevole di questa ricerca è la possibilità di osservare questi effetti complessi senza la necessità di operare a temperature criogeniche estreme. Questo apre scenari promettenti per l'osservazione di effetti quantistici a temperatura ambiente e per potenziali scoperte nel campo dei superconduttori ad alte prestazioni. La rivelazione segna un momento importante nella fisica teorica e sperimentale riguardante la dinamica degli elettroni in condizioni controllate.