Un schema frattale mai misurato direttamente prima d’ora è stato finalmente catturato in un esperimento condotto su un pezzo di grafene attorcigliato. Questo fenomeno, previsto nel 1976 dal fisico e informatico Douglas Hofstadter, si manifesta nei livelli energetici degli elettroni quando un materiale bidimensionale viene immerso in un campo magnetico.
Un fenomeno previsto quasi 50 anni fa
L’ipotesi di Hofstadter risale a quasi mezzo secolo fa, quando teorizzò che, in presenza di un campo magnetico, gli elettroni in certi materiali cristallini bidimensionali avrebbero dovuto seguire uno schema energetico frattale, caratterizzato da una struttura che si ripete su scale sempre più piccole. Questo motivo frattale, noto come “farfalla di Hofstadter”, non era mai stato osservato direttamente, a causa delle enormi difficoltà sperimentali nel creare le condizioni necessarie per la sua manifestazione.
Il grafene attorcigliato e la scoperta sperimentale
Ora, grazie alle proprietà uniche del grafene, gli scienziati sono riusciti a ricreare le condizioni esatte per verificare la teoria di Hofstadter. Il grafene, un materiale costituito da un singolo strato di atomi di carbonio disposti in una struttura esagonale, diventa ancora più interessante quando due strati vengono ruotati l’uno rispetto all’altro con un angolo specifico. Questa configurazione, nota come grafene attorcigliato a piccolo angolo, genera una serie di effetti quantistici sorprendenti, tra cui la comparsa del motivo frattale previsto dalla teoria.
Nel laboratorio Yazdani dell’Università di Princeton, i fisici hanno applicato un campo magnetico al grafene attorcigliato e misurato i livelli energetici degli elettroni con una precisione mai raggiunta prima. I dati ottenuti hanno rivelato chiaramente la presenza della “farfalla” frattale, confermando finalmente sperimentalmente la previsione teorica fatta quasi cinquant’anni fa.
Implicazioni per la fisica quantistica
Questa scoperta non è solo una conferma di un’ipotesi storica, ma apre anche nuove strade per lo studio della meccanica quantistica nei materiali bidimensionali. Il grafene attorcigliato ha già dimostrato di possedere proprietà straordinarie, come la superconduttività a basse temperature, e ora si aggiunge anche la possibilità di esplorare fenomeni quantistici legati ai frattali energetici.
L’osservazione sperimentale della “farfalla di Hofstadter” potrebbe fornire nuove informazioni sui sistemi elettronici fortemente correlati e portare allo sviluppo di tecnologie quantistiche avanzate, come transistor e circuiti elettronici basati su fenomeni quantistici esotici.
