CRONACAULISSE

Nuovi, liquidi, stati magnetici

Herbertsmithite-Wulfenite-263924CRONACA – Utilizzando impulsi laser a bassa frequenza, un team di ricercatori del MIT, del Boston College e dell’università di Harvard ha effettuato le prime misure su un tipo particolare di magnetismo, il quantum spin liquid, stato magnetico liquido, osservato in un minerale chiamato herbertsmithite.

Nei materiali ferromagnetici, come il ferro, tutte le forze magnetiche sono allineate nella stessa direzione, rafforzandosi reciprocamente; nei materiali antiferromagnetici, come il manganese, gli spin magnetici adiacenti sono allineati in direzioni opposte, portando alla cancellazione del campo magnetico globale. Nei cristalli di herbertsmithite, invece, gli spin magnetici oscillano continuamente, dando luogo a quello che viene chiamato uno stato magnetico liquido. A differenza di quanto succede nei tipi noti di magnetismo, il ferromagnetismo e l’antiferromagentismo, gli spin magnetici delle singole particelle all’interno dell’herbertsmithite fluttuano costantemente come le molecole in un liquido, senza produrre una forza magnetica complessiva.

L’esistenza di stati magnetici liquidi fu proposta per via teorica già nel 1973, ma la prima evidenza diretta di un tale materiale è stata trovata solo negli ultimi anni. Nel dicembre 2012 alcuni ricercatori del MIT sono riusciti a produrre un cristallo di herbertsmithite in forma sintetica pura e hanno dimostrato sperimentalmente l’esistenza del nuovo tipo di comportamento magnetico. Fino a oggi però, non era stata analizzata dettagliatamente la risposta alla luce degli elettroni di questo materiale. Le nuove misure, pubblicate recentemente su Physical Review Letters, aiutano a chiarire le caratteristiche fondamentali del quantum spin liquid, fenomeno che si pensa possa essere strettamente legato al modo in cui gli elettroni scorrono senza resistenza nei materiali superconduttori. Utilizzando impulsi laser della durata di solo un millesimo di miliardesimo di secondo, i ricercatori hanno rivelato una firma nella conducibilità ottica dello stato magnetico liquido che riflette l’influenza del magnetismo sul movimento degli elettroni. Questa osservazione supporta un insieme di previsioni teoriche che non erano mai state dimostrate sperimentalmente.

Nuh Gedik, uno degli autori dello studio, afferma che “anche se in questa fase è difficile prevedere tutte le possibili applicazioni, la ricerca di base su questo insolito stato della materia potrebbe aiutarci a risolvere alcuni problemi molto complessi in fisica, in particolare la superconduttività ad alta temperatura, e potrebbe portare a importanti applicazioni”. Secondo un altro autore, Daniel Pilon, “questo lavoro potrebbe anche essere utile per lo sviluppo dei computer quantistici”.

Crediti immagine: Leon Hupperichs, Wikimedia Commons

5 Commenti

  1. Gentile dott.Gatti, mi pare che quasi ogni evidenza di un peculiare effetto quantistico venga ormai subitamente seguita da un rimando ad una possibile applicazione nei computer quantistici (vedi recente evidenza di interazione tra fotoni in particolari condizioni). Mi chiedo: é sintomo di una propensione condivisa della comunità scientifica, di una comune spinta ideal-intellettuale verso un confine ontologico della conoscenza, che si avverte come realizzabile? O, piuttosto, un richiamo (ritenuto) efficace alla sovvenzioni, citando un tema dal potenziale rivoluzionario (anche per le aziende)? Grazie, saluti.

  2. Robo hai fatto una domanda veramente intelligente e che condivido appieno. Non ho ben capito, però, che cosa intendi quando dici ” spinta ideal-intellettuale verso un confine ontologico della conoscenza”.
    Ti puoi spiegare meglio e, in particolare, mi puoi far capire che cosa intendi per confine ontologico?
    grazie

    1. Ciao Mauro. Oddio, ammetto che quando l’ho letto nella tua mail credevo lo avesse scritto qualcun altro… e dire che non macchio il caffé la mattina! Per confine ontologico intendo un reale e vero spartiacque (e non un semplice cambio di prospettiva) tra un prima ed un dopo. La realizzazione effettiva di un computer quantistico, per quel che ho letto, oltre ad essere una mirabile realizzazione tecnica (lungi da venire, credo) consentirebbe per sua natura l’esplorazione di ambiti (la meccanica quantistica, sostanzialmente) nei quali, al di là delle formalizzazioni matematiche, che non comprendo, si evidenziano più che altrove una serie di questioni di fondo sostanziali: “realtà” della formalizzazione vs. semplice strumento descrittivo; soluzione di continuita insanabile(?) tra il comportamento degli oggetti della teoria e le qualità emergenti degli oggetti macroscopici; problema di come il soggettivo studiante interferisce e determina l’oggetto studiato; insolubile(?) contraddizione tra la non località della teoria dei quanti e la relatività speciale di Einstein). Una qualunque migliore comprensione di questi aspetti concessa dal’uso di un computer quantistico ha in sè un che di “essenziale”, per le ricadute (anche sulla visione della realtá) che potrebbe portare. Si rischierebbe una meravigliosa transizione di fase della conoscenza del mondo. Credo che molti scienziati stiano sperando questo, e che, forse c’è un afflato comune che spinge in tale direzione. Io, che scienziato non sono, ne avverto le possibili implicazioni (e spero di non aver detto troppe castonerie). Ciao.

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