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Scoperta nella ricerca quantistica: scoperte quasiparticelle luminose!
I ricercatori dell’Università di Würzburg stanno scoprendo nuove quasiparticelle nei materiali quantistici che potrebbero essere cruciali per le tecnologie future.
Scoperta nella ricerca quantistica: scoperte quasiparticelle luminose!
Gli scienziati del Cluster of Excellence ct.qmat di Würzburg-Dresda hanno compiuto progressi significativi nella ricerca quantistica. Hanno rilevato per la prima volta quasiparticelle ottiche, note come eccitoni, sulla superficie di un materiale quantistico antiferromagnetico. Questa scoperta rappresenta un passo importante nello sviluppo di nuove tecnologie quantistiche ed è stata pubblicata sulla rinomata rivista scientifica Materiali naturali pubblicato.
Il gruppo di ricerca, guidato da Alexey Chernikov, ha esaminato il movimento degli eccitoni utilizzando la microscopia ultraveloce a temperature ultra-basse. La struttura chimica specifica del magnete semiconduttore bromuro di solfuro di cromo (CrSBr) si rivela particolarmente adatta perché combina l'ordine magnetico con le proprietà semiconduttrici. A differenza degli studi precedenti, in cui gli eccitoni si trovano soprattutto in materiali non magnetici, qui si offrono prospettive completamente nuove.
Eccitoni: accumulo di luce e portatori di informazione
Gli eccitoni vengono creati quando un impulso di luce eccita un elettrone, lasciando un “buco” carico positivamente. Queste quasiparticelle possono immagazzinare energia luminosa e muoversi attraverso il materiale, rilasciando energia sotto forma di luce mentre si dissolvono. Negli strati atomicamente sottili, la loro stabilità è mantenuta da circa -268°C a temperatura ambiente. Sulla superficie del CrSBr, gli eccitoni riflettono la luce in un colore diverso, consentendo loro di essere analizzati e manipolati dai campi magnetici.
Inoltre, il team ha scoperto eccitoni mobili che si muovono in direzioni opposte, comportamento coerente con il lavoro teorico di Mikhail M. Glazov. Questo fenomeno è puramente meccanico quantistico e potrebbe avere applicazioni di vasta portata in settori quali nuove sorgenti laser, sensori di luce e celle solari.
Cooperazione internazionale e prospettive future
Il progetto di ricerca è il risultato di una collaborazione internazionale con scienziati provenienti da USA, Germania, Gran Bretagna, Paesi Bassi e Repubblica Ceca. Il Cluster of Excellence ct.qmat, che dal 2019 è sostenuto dall’Università Julius Maximilian di Würzburg e dalla TU Dresden, comprende oltre 300 ricercatori provenienti da più di 30 paesi che lavorano alla ricerca di materiali quantistici topologici in condizioni estreme.
Un'altra scoperta significativa all'interno del Cluster of Excellence è che per la prima volta gli eccitoni sono stati generati in un isolante topologico, rappresentando un'altra svolta. Questa scoperta apre nuove possibilità per lo sviluppo di chip per computer controllati dalla luce e processori quantistici. L’interazione tra luce ed eccitoni viene utilizzata per creare qubit, le unità di calcolo di base per i computer quantistici.
In futuro, i risultati di questi studi potrebbero portare a sviluppi rivoluzionari nella comunicazione e nell’informatica quantistica. Il Cluster of Excellence riceve finanziamenti come parte della strategia di eccellenza dei governi federale e statale.