Nel laboratorio dell'Università della California a Los Angeles un comune amminoacido ha inaspettatamente aiutato un materiale quantistico a conservare uno speciale comportamento ordinato degli elettroni a una temperatura che prima si riteneva irraggiungibile. Si tratta del disolfuro di tantalio, un materiale formato da strati ultralisottili spessi appena tre atomi. A temperature estremamente basse in esso si genera la cosiddetta onda di densità di carica commensurabile: gli elettroni non si muovono in modo caotico, ma in modo coordinato, ripetendo il disegno del reticolo cristallino.
Di solito questo stato quantistico scompare non appena la temperatura sale sopra meno 57 °C. Le vibrazioni termiche degli atomi distruggono rapidamente il fragile ordine. Gli scienziati guidati da Xiangfeng Duan hanno aggiunto agli strati di disolfuro di tantalio molecole di arginina, uno dei venti amminoacidi standard con cui si costruiscono le proteine. Il risultato è stato sorprendente: il movimento ordinato degli elettroni si è conservato fino a più 57 °C.
L'arginina si è adattata al reticolo cristallino del disolfuro di tantalio come un pezzo perfetto di un puzzle. Le sue dimensioni e la distribuzione delle cariche corrispondevano esattamente agli spazi tra gli strati del materiale. Altri due amminoacidi testati non hanno prodotto tale effetto. I calcoli computerizzati hanno confermato che è proprio la «coincidenza» geometrica ed elettronica a stabilizzare lo stato quantistico a temperatura ambiente e persino più elevata.
La scoperta è importante non solo per la scienza fondamentale. Il movimento ordinato degli elettroni in tali materiali può essere utilizzato per creare una memoria di nuovo tipo a risparmio energetico, in cui l'informazione è immagazzinata non nella normale carica, ma nelle proprietà quantistiche. Per ora è solo una prospettiva, ma il metodo — usare molecole della vita per sintonizzare cristalli inorganici — apre una nuova via nel design dei materiali quantistici.
I ricercatori intendono verificare altre molecole e capire se allo stesso modo si possa stabilizzare la superconduttività o altri effetti quantistici. Se l'approccio funzionerà, invece di cercare nuovi composti esotici gli scienziati potranno selezionare «chiavi» organiche già note per le «serrature» inorganiche desiderate.
Un semplice amminoacido, che prima era associato solo alla biologia, ora aiuta la fisica quantistica a uscire dai confini dei laboratori criogenici.
