Nei laboratori tedeschi gli elettroni nel grafene saltano improvvisamente attraverso i gap energetici proibiti, con una probabilità fino al cento per cento. Non si tratta di un errore di misurazione, ma di un processo reale che è stato possibile filmare in tempo reale.
Un team di scienziati dell'Università di Regensburg, dell'Università Philipps di Marburgo e del Centro di ricerca di Jülich ha condotto un esperimento pubblicato sulla rivista Nature il 2 novembre 2026. Hanno utilizzato un microscopio a impulsi a fotoemissione, combinato con potenti impulsi laser, per seguire il movimento degli elettroni in strati di grafene di spessore atomico della massima purezza, cresciuti a Jülich. Il metodo è stato denominato videografia subciclo: consente di fissare eventi che si verificano in frazioni di femtosecondo.
Nei semiconduttori ordinari gli elettroni restano nella propria banda energetica, separata da un gap proibito. Qui invece, sotto l'azione del forte campo elettrico di un impulso luminoso, gli elettroni vengono accelerati e attraversano il gap senza stati intermedi. Immaginate un ascensore che si sposta istantaneamente dal primo al ventesimo piano, saltando tutti gli altri: è esattamente così che appare la transizione di Landau-Zener-Majorana. La velocità degli elettroni al bordo della banda determina la probabilità di tale salto e nel grafene essa raggiunge il cento per cento.
L'esperimento ha dimostrato che l'interazione con il reticolo cristallino può perturbare il moto ordinato, ma il tunneling in sé rimane prevedibile. Ciò è fondamentalmente diverso dal tunneling classico attraverso una barriera spaziale: qui il ruolo chiave è svolto dalla dinamica nel tempo.
La scoperta apre la strada al controllo degli elettroni nei materiali bidimensionali mediante la luce, e non solo tramite tensioni elettriche. In futuro tali metodi potrebbero costituire la base di nuovi dispositivi in cui le transizioni quantistiche diventeranno uno strumento di lavoro e non un'eccezione rara.
I risultati, pubblicati su Nature, confermano che il metodo della videografia subciclo funziona anche su altri materiali quantistici, offrendo una visione panoramica del loro paesaggio energetico.
