Conduttore o isolante? Il nuovo materiale che sfida le logiche tradizionali

foto DLo strano caso del materiale che manifesta proprietà di conduttore e isolante, allo stesso tempo, sfida le logiche dei comportamenti dei materiali ed è stato oggetto di studio dei ricercatori dell’Università di Cambridge. Anche se non si conosce esattamente la natura di questo misterioso comportamento, un’ipotesi potrebbe essere l’esistenza di una terza fase possibile che non è né isolante né conduttore. Le contrastanti proprietà sono state analizzate all’interno di tutto il materiale chiamato samarium hexaboride (SmB6). La scoperta del duplice comportamento in un unico materiale possiede il potenziale per sovvertire le logiche convenzionali relative alla dicotomia di base tra i metalli e gli isolanti.

Recentemente, sono stati scoperti altri materiali con le stesse caratteristiche ma, a differenza dell’SmB6, sono strutturati come sandwich, dove la superficie si comporta diversamente dalla massa. Per comprendere meglio l’SmB6 e altri diversi materiali è stato tracciato il percorso degli elettroni all’interno dei materiali: la superficie geometrica tracciata dalle orbite degli elettroni ha portato alla costruzione conosciuta come superficie Fermi, utilizzando una tecnica basata sulle misurazioni delle oscillazioni quantiche.

L’SmB6 appartiene alla classe di materiali chiamati isolatori Kondo, che, a loro volta, fanno parte di un più ampio gruppo di materiali: I cosiddetti heavy fermion materials in cui la fisica complessa nasce dall’interazione di due tipi di elettroni: elettroni altamente localizzati ‘f’ ed elettroni ‘d’, che hanno orbite più grandi. Nel caso dell’SmB6, le correlazioni tra questi due tipi di elettroni determinano un comportamento isolante. Ma tutto questo è una dicotomia perché se l’elevata resistenza dell’SmB6 mostra un comportamento isolante, la superficie Fermi osservata si dimostra un buon conduttore. E il mistero si infittisce quando entrano in gioco le basse temperature. Questo studio sull’SmB6 fornisce un esempio chiaro ed emozionante della fisica emergente dei ricercatori di MagLab che affinano la qualità dei materiali di studio e che spingono l’ambiente campione agli estremi dei campi altamente magnetici e a basse temperature.

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