Nel laboratorio dell'Università di Chicago gli scienziati hanno scoperto un comportamento inatteso degli elettroni in un materiale magnetico stratificato, il Fe₅GeTe₂: milioni di particelle si muovono insieme estremamente lentamente, ma conservano al contempo la coerenza quantistica. Questo fenomeno contraddice i modelli teorici esistenti e apre la strada a nuovi tipi di dispositivi di memoria.
Il materiale Fe₅GeTe₂ appartiene alla famiglia dei magneti di van der Waals, che possono essere ottenuti sotto forma di strati sottili come un singolo atomo. I ricercatori, guidati dal professor Shuolong Yang, hanno utilizzato il metodo della spettroscopia fotoelettronica risolta in angolo. Hanno irradiato il campione con un laser ultravioletto su una zona di appena 10 micrometri e hanno osservato una banda elettronica piatta — segno che gli elettroni quasi non si accelerano muovendosi attraverso il materiale.
In condizioni normali gli elettroni in un conduttore si comportano come l'acqua che precipita rapidamente da un pendio ripido. Qui invece il pendio è quasi orizzontale: le particelle si spostano migliaia di volte più lentamente, ma agiscono in modo coordinato, come un unico insieme quantistico. «Non misuriamo un singolo elettrone, ma l'interazione di migliaia o milioni di essi, e tutti si muovono in modo coerente», spiega Yang.
Tale comportamento si conserva fino a una temperatura di 100 kelvin sopra lo zero assoluto — un valore relativamente alto per gli effetti quantistici. Ciò rende il materiale promettente per applicazioni pratiche, sebbene si sia ancora lontani dalla temperatura ambiente. Gli scienziati stanno già verificando la possibilità di commutare gli stati per mezzo di un laser, il che potrebbe diventare la base per una memoria non volatile di nuova generazione.
La scoperta induce a rivedere le idee sulle interazioni magnetiche all'interno del Fe₅GeTe₂. I teorici devono ora descrivere di nuovo come è strutturata la struttura magnetica di questa sostanza. Allo stesso tempo gli sperimentatori intendono verificare le proprietà in uno strato monoatomico — proprio in questa forma il materiale potrebbe trovare applicazione nei futuri dispositivi quantistici.
Il lavoro è dedicato alla memoria dell'eminente teorico Peter Littlewood, che ha dato un grande contributo alla ricerca sui materiali quantistici. I suoi risultati sono pubblicati su Science Advances e hanno già suscitato l'interesse degli specialisti dei magneti bidimensionali.
