Gli elettroni allo stato liquido nel grafene

Nel grafene a doppio strato purissimo è possibile osservare fasi "liquide" degli elettroni che promettono di avere importanti ricadute applicative e teoriche

Una forma insolita di comportamento degli elettroni nel grafene è stato osservato da un gruppo di ricercatori delle Università di Manchester, di Lancaster, di Nijmegen e Mosca - coordinati da Andre Geim e Kostya Novoselov, i vincitori del premio Nobel per la fisica del 2010 proprio per i loro studi sul grafene - che ne riferiscono in un articolo pubblicato su Science.

Nella maggior parte dei materiali conduttori, le correnti sono costituite da elettroni che si muovono liberamente come in un gas, indipendentemente l'uno dall'altro, un po' come una folla di persone che si spostano in una piazza affollata. A basse temperature, tuttavia, è possibile osservare delle fasi "liquide" degli elettroni, nelle quali il loro moto è coordinato, come quello di persone che camminano in gruppo. Questo comportamento fluido viene tuttavia facilmente distrutto dalle minuscole imperfezioni presenti nel reticolo cristallino del conduttore.

Nella loro ricerca, grazie alla realizzazione di strutture di grafene a doppio strato di altissima qualità preparate con un procedimento di deposizione a vuoto, i ricercatori sono ora riusciti a eliminare questi meccanismi di disturbo amplificando gli effetti di interazione fra elettroni.

In questo modo hanno potuto osservare e misurare le proprietà della corrente che fluiva nella struttura, rilevandone le singolari caratteristiche: essa non solo si comportava come un liquido ma anche, per certi aspetti, come un cristallo o, per la precisione, come un liquido "nematico".

La ragione di questa proprietà elettronica unica è che in questo materiale le quasiparticelle (le coppie di elettroni e lacune) che trasportano la corrente elettrica sono molto diverse da quelle di altri metalli, in quanto possiedono una simmetria chirale simile a quella che si osserva tra particelle e antiparticelle in fisica delle alte energie.

Il significato di questo tipo di scoperta sia dal punto di vista applicativo sia dal punto di vista teorico è illustrato in un articolo che verrà pubblicato sul numero di settembre di Le Scienze nel quale Vittorio Pellegrini e Marco Polini - ricercatori del National Enterprise for nano-Science and nanoTechnology (NEST) del CNR di Pisa e della Scuola normale superiore di Pisa - parlano anche dei loro studi che mirano a riprodurre la struttura del grafene in altri materiali, in modo da ottenere - fra l'altro- i simulatori quantistici immaginati da Richard Feynman, che permetterebbero di emulare le più complesse e affascinanti fasi della materia, con ulteriori importanti ricadute tecnologiche.