Il “Bronzo Viola” potrebbe essere il dispositivo di commutazione quantistica perfetto
Per un materiale, la superconduttività e l’isolamento elettrico sono vicini, non opposti.
Quando le condizioni sono favorevoli, c’è una probabilità del 50% che il bronzo viola agisca come superconduttore o come isolante.
Il bronzo viola ha la capacità di cambiare tra stati elettrici mai visti prima, diventando un isolante o un conduttore a seconda delle piccole variazioni delle condizioni fisiche.
Il bronzo viola sembra una contraddizione in termini: non fa parte di ciò che definisce la miscela di rame e stagno il suo colore distintamente non viola? Ancora più confuso, il composto noto come bronzo viola non contiene nessuno degli elementi del metallo che ha definito un’epoca. Il suo nome completo è bronzo viola di litio molibdeno e la sua formula chimica è Li0.9Mo6O17. Questa combinazione di elementi potrebbe non essere importante per l’era dell’elaborazione dei dati quantistici come lo era il bronzo originale 4.000 anni fa, ma potrebbe comunque rendere possibili nuove cose.
Già interessante per gli scienziati dello stato solido per il modo in cui i suoi cristalli tridimensionali si comportano come un metallo unidimensionale, il bronzo viola è destinato ad attirare molta più attenzione dopo la scoperta di quanto facilmente le sue proprietà elettriche possano essere cambiate.
Vicino allo zero assoluto, il bronzo viola è spesso un superconduttore, non oppone alcuna resistenza al flusso di elettricità. Anche se questo è vero per una gamma sempre più ampia di materiali, il bronzo viola è distintivo nel passare dalla superconduttività a un isolante di Mott con una piccola variazione di temperatura, o anche di esposizione alla luce (gli isolanti di Mott sono materiali che la teoria prevede erroneamente che conducano l’elettricità). Alzate di nuovo la temperatura a una temperatura in cui gli esseri umani sono a loro agio, e diventa un conduttore regolare.
Se Internet è solo una serie di tubi, i computer possono essere visti come poco più di una serie di interruttori. La fattibilità della tanto acclamata rivoluzione dei computer quantistici dipende in gran parte dalla capacità di invertire molti interruttori con facilità, rendendo importanti le qualità del bronzo viola.
“Il notevole viaggio è iniziato 13 anni fa nel mio laboratorio quando due dottorandi, Xiaofeng Xu e Nick Wakeham, hanno misurato la magnetoresistenza – il cambiamento di resistenza causato da un campo magnetico – del bronzo viola”, ha detto il professor Nigel Hussey dell’Università di Bristol in una dichiarazione.
Senza un campo magnetico, il bronzo viola si comporta come un diodo, permettendo al flusso di corrente di andare in una direzione, ma non nell’altra. Poi c’è la risposta insolita alla temperatura descritta sopra. I campi magnetici tendono a complicare le cose, ma in questo caso il team ha trovato l’opposto. In un campo magnetico moderatamente forte, la conducibilità del bronzo viola diventa linearmente correlata alla temperatura fino a quando inizia la superconduttività.
“Non trovando alcuna spiegazione coerente per questo comportamento sorprendente, i dati sono rimasti dormienti e non pubblicati per i successivi sette anni. Un’interruzione del genere è insolita nella ricerca quantistica, anche se la ragione non era la mancanza di statistiche”, ha aggiunto Hussey.
Per caso, Hussey ha incontrato il dottor Piotr Chudzinski, che aveva una teoria secondo cui il comportamento del bronzo viola poteva essere attribuito a “eccitoni oscuri”, oggetti che si comportano come particelle, ma non sono in realtà particelle, e il modo in cui interagiscono con gli elettroni. Hussey e Chudzinski hanno ideato esperimenti che hanno confermato ciò.
Ora la collaborazione ha dimostrato la caratteristica più notevole del materiale finora. Nelle giuste condizioni, c’è una probabilità effettiva del 50% che il bronzo viola sia un superconduttore o un isolante. Con i due stati opposti separati da una barriera così sottile, diventa molto facile passare da uno all’altro e viceversa.
Quando le sostanze si congelano, perdono la loro simmetria. Il bronzo viola fa qualcosa di simile, nel suo comportamento elettrico, ma stranamente recupera quella simmetria quando le condizioni sono abbastanza fredde.
Una sfera perfetta di acqua che galleggia sopra i cristalli di neve, la cui forma rivela la loro simmetria ridotta, rappresenta il concetto di simmetria emergente, visto per la prima volta.
“Una simmetria fisica del genere è una situazione insolita e sviluppare una simmetria del genere in un metallo man mano che la temperatura si abbassa, da qui il termine ‘simmetria emergente’, costituirebbe una prima mondiale”, ha detto Hussey.
Gli autori hanno testato la simmetria del bronzo viola con tre cristalli del materiale, due dei quali sono diventati superconduttori a temperature molto basse, e uno che non lo è diventato. Esplorare le somiglianze e le differenze di questi campioni aiuta a rivelare le cause del comportamento strano.
“Immagina un trucco di magia in cui una figura opaca e distorta si trasforma in una sfera bellissima e perfettamente simmetrica”, ha detto Chudzinski. “Questo è, in poche parole, l’essenza della simmetria emergente. La figura in questione è il nostro materiale, il bronzo viola, mentre il nostro mago è la stessa natura”.
Lo studio è stato pubblicato su Science.
