ELETTRONI LIQUIDI E NUOVE FRONTIERE DELLA SCIENZA

Creato un liquido di elettroni a temperatura ambiente.

Per la prima volta un gruppo di fisici statunitensi ha ottenuto un nuovo stato della materia: si tratta “elettroni liquidi”, ottenuti a temperatura ambiente. Potrà servire per la costruzione di una nuova generazione di bio-scanner e per comunicazioni nello spazio.

La fisica va oltre i suoi confini. Oggi un gruppo di ricercatori della California a Riverside ha creato per la prima volta un nuovo materiale, un liquido di elettroni, a temperatura ambiente e non a temperature bassissime com’era avvenuto finora. Il prodotto ottenuto non deve essere immaginato come un liquido macroscopico composto da gocce, ma si tratta di un particolare materiale quantistico. Per ottenerlo i ricercatori hanno bombardato con impulsi laser un semiconduttore ultrasottile, inframmezzato da strati di grafene, dunque una sorta di sandwich. In questo modo hanno ottenuto un fiume di elettroni. I risultati sono pubblicati su Nature Photonics.

Gli elettroni sono particelle elementari, indivisibili e non strutturate, i mattoncini fondamentali che insieme ai protoni e ai neutroni compongono l’atomo. In generale, quando gli elettroni si spostano in modo ordinato in una superficie e in un certo tempo generano una corrente elettrica: su questo meccanismo si basano i dispositivi elettronici e i circuiti elettrici.

Gli elettroni – che nella figura (in alto) sono rappresentati in blu, mentre in rosso delle buche cariche positivamente (lacune o cariche positive) – scorrono portando la carica e contribuendo al passaggio di corrente. Queste particelle si muovono ordinatamente, come una fila di soldatini, e non urtano frequentemente e il loro comportamento in questa situazione standard può essere paragonato a quello di un gas. Tuttavia, i ricercatori hanno trovato un modo per condensare gli elettroni e trasformarli in liquidi.

L’idea è che questo possa avvenire quando si colpisce con potenti impulsi laser un materiale semiconduttore strutturato in sottilissimi strati. Questa forte sollecitazione esterna fa sì che il movimento degli elettroni venga perturbato e che queste particelle possano fluire e muoversi più liberamente. In pratica, gli elettroni rompono le righe e questo causa la loro condensazione, cioè il passaggio dallo stato gassoso a quello liquido, il tutto a temperatura ambiente. Il risultato è un metamateriale, cioè un materiale creato artificialmente per le sue proprietà elettromagnetiche, quantistico. Il liquido di elettroni, chiariscono gli autori, risulta avere proprietà simili a quelle di un liquido come l’acqua, anche se non è composto da molecole, ma da elettroni e buche. “Ciò che ci ha davvero sorpreso”, commenta Nathaniel Gabor, che ha coordinato lo studio, “è che abbiamo ottenuto questo risultato a temperatura ambiente. In precedenza, i ricercatori che hanno realizzato questi liquidi basati su elettroni e lacune erano riusciti ad ottenerli soltanto a temperature molto più basse di quelle dello spazio profondo“.

Ma perché creare proprio un materiale del genere? Questo stato della materia, il liquido di elettroni, può servire per realizzare dispositivi pratici e funzionali che generano e rilevano la luce ad una lunghezza d’onda dei terahertz, una radiazione submillimetrica, cioè ad una lunghezza d’onda, intermedia fra quella delle luce infrarossa e le microonde, difficile da rilevare (la distanza fra le creste dell’onda compresa fra 1 e 0,1 millimetri e la frequenza è fra i 30 e 300 GigaHertz). Attualmente se si volesse realizzare un fotorivelatore per individuare e produrre luce a questa lunghezza d’onda servirebbero dispositivi che operano a bassissime temperature, e non a temperatura ambiente, dunque poco convenienti e pratici. Così il risultato di oggi potrebbe aiutare a superare questo ostacolo.

L’ipotesi di nuovi dispositivi basati sul liquido di elettroni potrebbe aprire nuove strade di ricerca e applicazioni in diversi settori, dall’ingegneria biomedica alle telecomunicazioni fino alla tecnologie per la sicurezza. Questi sistemi, spiegano gli autori, potrebbero servire per individuare cellule tumorali allo stato embrionale (bio-scanner) e per comunicazioni nello spazio. E questo grazie alla capacità di rivelare la luce in questa particolare finestra di lunghezze d’onda.

da:

https://va.news-republic.com/a/6655144815035941382?user_id=6499149907327206410&language=it&region=it&app_id=1239&impr_id=6655203286699739397&gid=6655144815035941382&c=sys

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DI MARCO LA ROSA

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