Ricercatori dell'Università di Ginevra (UNIGE), in collaborazione con l'Università di Salerno e l'Istituto CNR-SPIN, hanno fornito prove sperimentali decisive di una proprietà geometrica fondamentale nei materiali quantistici. Questa scoperta, pubblicata su Science nel 2025, getta nuova luce sul comportamento degli elettroni in questi materiali avanzati, rivelando come i loro percorsi vengano deviati in modo analogo a come la gravità influenza la luce.
L'avanzamento promette di accelerare significativamente lo sviluppo di dispositivi elettronici di prossima generazione capaci di operare a velocità senza precedenti. Il fulcro di questa ricerca è il concetto di "metrica quantistica", una misura che quantifica la curvatura dello spazio quantistico abitato dagli elettroni. Sebbene teorizzata da oltre due decenni, questa è la prima volta che i suoi effetti reali vengono rilevati sperimentalmente, segnando una pietra miliare nella fisica della materia condensata.
Lo studio si è concentrato sull'interfaccia tra titanato di stronzio (SrTiO₃) e alluminato di lantanio (LaAlO₃), un sistema noto per ospitare gas di elettroni bidimensionali con proprietà elettroniche uniche. Applicando intensi campi magnetici, il team di ricerca ha deliberatamente distorto le traiettorie degli elettroni, mettendo in luce le sottili ma cruciali influenze della metrica quantistica. Questo controllo sui percorsi elettronici è fondamentale per la progettazione di materiali destinati al calcolo ultra-veloce e alla trasmissione di energia efficiente.
L'analogia con la relatività generale è notevole: proprio come gli oggetti massicci curvano lo spaziotempo, la metrica quantistica curva lo spazio di Hilbert astratto occupato dagli elettroni, influenzandone il moto e le interazioni. Questo cambiamento concettuale apre nuove prospettive per dispositivi che sfruttano queste proprietà intrinseche dei materiali, operando a frequenze nell'ordine dei terahertz, essenziali per le comunicazioni avanzate e l'elaborazione di informazioni quantistiche.
Le implicazioni di questa ricerca si estendono anche ai campi della superconduttività e delle interazioni luce-materia. I materiali dotati di una geometria quantistica non banale potrebbero esibire proprietà superconduttrici alterate, potenzialmente portando a temperature critiche più elevate o a nuovi meccanismi di accoppiamento. La capacità di rilevare e manipolare questi effetti geometrici quantistici testimonia le sofisticate tecniche sperimentali impiegate, inclusa l'applicazione di campi magnetici elevati e il monitoraggio preciso del comportamento elettronico a livello atomico.
La ricerca indica un potenziale cambio di paradigma in cui i principi geometrici a livello quantistico diventeranno parametri di progettazione diretti per le tecnologie future, rafforzando il legame tra geometria quantistica e risposte elettroniche osservabili.