Il grafene svela un segreto quantistico!

Per molti anni, uno dei più grandi enigmi della fisica quantistica è rimasto senza risposta: gli elettroni possono comportarsi come un fluido perfetto e privo di attrito, come descritto dalla costante quantistica universale? A causa delle imperfezioni e delle impurità nei materiali, questo è stato estremamente difficile da rilevare.

I ricercatori dell'Indian Institute of Science (IISc), in collaborazione con l'Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali giapponese, hanno ora rilevato questo fluido elettronico quantistico nel grafene, un materiale carbonioso monostrato. I loro risultati, pubblicati su Nature Physics, aprono nuove porte al mondo quantistico e confermano il grafene come piattaforma ideale per esplorare fenomeni quantistici rari. "È incredibile quanti segreti nasconda un singolo strato di grafene, anche dopo 20 anni", afferma il Professor Arindam Ghosh dell'IISc.

Il team ha creato campioni di grafene estremamente puro e ha osservato come conducesse simultaneamente elettricità e calore. Sorprendentemente, hanno scoperto la relazione inversa: una maggiore conduttività elettrica significava una minore conduttività termica. A basse temperature, hanno rilevato una deviazione dalla legge di oltre 200 volte, indicando meccanismi separati per il trasferimento di calore e di carica. Entrambi si basano su una costante universale, ovvero la conduttività quantistica.

Questo fenomeno si verifica nel "punto di Dirac", dove il grafene non è né un metallo né un isolante. Lì, gli elettroni si muovono come un liquido, simile all'acqua, ma cento volte meno viscoso. Questo stato, chiamato liquido di Dirac, ricorda il plasma di quark e gluoni osservato al CERN.

Il grafene si rivela quindi una piattaforma conveniente per la simulazione della fisica delle alte energie e dell'astrofisica. Il liquido di Dirac promette anche progressi nei sensori quantistici per il rilevamento di segnali estremamente deboli. Questo potrebbe rivelarsi molto utile nella pratica.