#elettroni

Buongiorno, curiosa ed insolente faccetta grigia (birichina, si sarebbe detto negli anni 50 del ventesimo secolo)!

Mi trovi di umore adatto, a rispondere alla tua domanda, nonostante l'estrema intimità della stessa, però prometti di non raccontarlo a nessuno, ciò che vado a rivelarti: assorbire fotoni.

Sì, hai letto bene, assorbire fotoni (di frequenza in linea con la mia) tende ad eccitarmi a tal punto da trascinarmi in uno stato quantico superiore e, quasi sempre, finisco addirittura per aumentare di livello orbitale atomico!

9 - da Sette brevi lezioni di fisica, di Carlo Rovelli ed 2014 Adelphi, Milano. Capitolo 2 - I Quanti

Leggo io Tempo di lettura: 15 min circa.

Qualcosa sul racconto Cosa sappiamo della realtà? L’universo senza di noi sarebbe stato lo stesso? La materia esiste a prescindere da tutto o tutto esiste perchè è in interazione con il resto? In verità sono dubbi irrisolti, ma in questa lezione Rovelli cerca almeno di portarci a capire a che punto siamo con gli studi e come dobbiamo guardare alle cose e all’universo. La questione è che nemmeno Einstein ne era molto convinto. Voi?

Qualcosa su di me Ogni volta che leggo queste cose di fisica o esistenza, (del resto cosa c’è di diverso?) a me vengono i brividi, ho proprio la pelle d’oca, sarei voluta essere Einstein, Maiorana, Fermi, sarei voluta essere Gauss o Bohr, Darwin, immaginatevi nelle loro menti e ditemi se tutto il tormento che avevano dentro non ne è valso la pena. Secondo voi queste son cose per cui vale la pena vivere e domandare o se stiamo bene così a scorrere senza chiedere. Fatemi sapere, mi interessa.

In un legame covalente gli elettroni sono messi in compartecipazione (in condivisione) per raggiungere l’ottetto e quindi la stabilità.

2 atomi con stessa elettronegatività attirano verso di sè l’unico elettrone spaiato dell’altro; ma avendo stessa elettronegatività nessuno dei due riesce a strappare l’elettrone all’alto .

Alla fine, quindi, i due elettroni spaiati vengono condivisi e si forma il legame.

Ora questi non appartengono più né all’uno né all’altro atomo, ma ad entrambi per sempre...

I fononi chirali sono la scoperta che elimina magneti e batterie Uno studio su Nature Physics presenta un meccanismo innovativo per generare momento angolare orbitale negli elettroni senza l'uso di magneti.

L'esigenza di nuove vie per l'orbitronica

Nella fisica della materia condensata, trovare alternative ai materiali magnetici tradizionali per il controllo del comportamento elettronico è un obiettivo primario per lo sviluppo digitale. La crescente domanda computazionale richiede soluzioni capaci di superare i limiti fisici ed economici dei componenti attuali. In questo scenario si sviluppa l'orbitronica, una disciplina che utilizza il momento angolare orbitale degli elettroni — ovvero il loro moto attorno al nucleo atomico — come vettore di informazione, superando il tradizionale utilizzo della sola carica elettrica o dello spin.

Un nuovo studio pubblicato su Nature Physics, condotto da un consorzio internazionale guidato dalla North Carolina State University, descrive un meccanismo inedito per generare momento angolare orbitale omettendo la necessità di metalli di transizione specifici, magneti permanenti o correnti elettriche indotte.

Cosa sono i fononi chirali

Il nucleo di questa scoperta si basa sull'utilizzo dei fononi chirali. In fisica dello stato solido, un fonone è una quantizzazione delle vibrazioni meccaniche degli atomi all'interno di un reticolo cristallino. Nei materiali caratterizzati da una geometria asimmetrica a spirale, come l'α-quarzo, l'energia termica fa sì che gli atomi non vibrino semplicemente avanti e indietro lungo una singola asse. Al contrario, gli atomi si muovono seguendo traiettorie circolari o ellittiche tridimensionali sincronizzate.

Questa propagazione d'onda rotatoria prende il nome di fonone chirale. Poiché la massa degli atomi si sposta fisicamente in circolo all'interno del reticolo, il fonone stesso genera e trasporta un momento angolare intrinseco.

In un materiale chirale, questa rotazione meccanica e collettiva degli atomi possiede l'energia e la direzione necessarie per interagire direttamente con gli elettroni presenti nel materiale. Gli scienziati hanno dimostrato sperimentalmente che il momento angolare meccanico dei fononi chirali viene ceduto agli elettroni sotto forma di momento angolare orbitale. Questo trasferimento aggira la dipendenza dai metalli di transizione, materiali che attualmente comportano criticità legate all'approvvigionamento e ai costi.

Le dichiarazioni dei ricercatori e le misurazioni

Dali Sun, fisico della North Carolina State University e coautore dello studio, ha precisato l'impatto pratico di questo studio: "La generazione di correnti orbitali richiede tradizionalmente l'iniezione di corrente di carica in determinati metalli di transizione, molti dei quali sono oggi classificati come materiali critici. Questo metodo consente invece di utilizzare materiali più economici e abbondanti."

L'efficienza concettuale del sistema è stata ribadita da Valy Vardeny, professore del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università dello Utah: "Non abbiamo bisogno di un magnete, di una batteria né di una tensione. Basta un materiale con fononi chirali. Prima era inimmaginabile."

A livello sperimentale, i ricercatori hanno utilizzato l'α-quarzo. Allo stato naturale, i fononi chirali in questo materiale presentano direzioni di rotazione miste (destrorse e sinistrorse) che annullano l'effetto globale. Il team ha applicato un campo magnetico esterno iniziale per allineare i fononi in un'unica direzione di rotazione. Avvenuto l'allineamento, il trasferimento di momento angolare agli elettroni ha iniziato a operare spontaneamente e ha continuato a funzionare anche in assenza del campo magnetico iniziale. Gli autori hanno definito questo flusso "effetto Seebeck orbitale".

Per misurare la corrente orbitale prodotta, i ricercatori hanno depositato strati sottili di tungsteno e titanio sulla superficie del quarzo, convertendo il momento angolare in un segnale elettrico leggibile dagli strumenti. Parallelamente, sfruttando le strumentazioni ottiche del National High Magnetic Field Laboratory in Florida, hanno misurato le variazioni spettrali della luce laser riflessa dal quarzo. I risultati hanno confermato in via diretta che i fononi chirali inducono un segnale magnetico netto all'interno di un cristallo strutturalmente non magnetico.

Prospettive e sviluppi futuri

Rikard Bodin, ricercatore dell'Università dello Utah, descrive così le implicazioni a lungo termine: "Anche se il materiale di per sé non è magnetico, l'esistenza dei fononi chirali ci offre nuove leve su cui agire. Ora che è qui, qualcun altro potrà spingerlo avanti e prima che ce ne rendiamo conto sarà ovunque."

Il principio dimostrato sul quarzo è teoricamente applicabile a diverse altre classi di materiali chirali, inclusi il tellurio, il selenio e le perovskiti ibride organico-inorganiche. Rispetto alle architetture convenzionali, l'orbitronica basata su fononi chirali promette di ridurre il numero di componenti hardware necessari e di prolungare la coerenza temporale del momento angolare, requisiti tecnici indispensabili per l'eventuale commercializzazione.

Le fasi successive della ricerca dovranno determinare il limite massimo di efficienza nel trasferimento di momento angolare tra reticolo ed elettroni, nonché verificare la compatibilità delle strutture chirali con le attuali infrastrutture globali per la fabbricazione microelettronica.

Italy mourns Manlio Sgalambro, Sicilian philosopher and writer, author of many great songs, including this one. “Che io debba essere governato: ecco da dove inizia lo scandalo della politica.” “Penso, dunque solo.” Un personale ricordo: il trattato dell’empietà resta summa teologica, sì, certo: ma enfia di gesuitismo spagnolo come l’opus. Parlai lui dell’altro opus, dei manoscritti di…

Un’impresa che sembrava quasi impossibile è diventata realtà: un cristallo fatto solo di elettroni è stato osservato per la prima volta, grazie alla tecnologia di microscopia all’avanguardia e a fogli di grafene incredibilmente privi di imperfezioni. Questa straordinaria scoperta, pubblicata sulla rivista Nature, offre un nuovo sguardo sulla fisica quantistica e sul comportamento degli elettroni.

Un nuovo stato della materia apre a un'elettronica inedita. Fra le applicazioni sensori per biomedicina e rinnovabili. Promette di aprire la strada a un'elettronica inedita, completamente diversa da quella attuale, la scoperta di un nuovo stato della materia, finora previsto ma la cui esistenza non era mai stata verificata, legato alla particolare simmetria con cui si muovono gli elettroni. Pubblicata sulla rivista Nature, la scoperta è il risultato della ricerca internazionale coordinata dall'Università Ca' Foscari di Venezia e nella quale l'Italia gioca un ruolo importante, con la struttura italiana Elettra per la luce di sincrotrone, il Consiglio Nazionale delle Ricerche e l'Università di Salerno. Il nuovo stato della materia si chiama corrente chirale e indica che nel materiale quantistico in cui è stato osservato gli elettroni si muovono in modo diverso da quanto fanno nei materiali tradizionali, dove sono orientati tutti nello stesso modo.

Materiali quantistici: così si “avvolgono” gli elettroni. Compresa una importante proprietà dei materiali allo stato quantistico: la “curvatura” dello spazio in cui si muovono gli elettroni. La ricerca, pubblicata su Nature Physics, è stata condotta presso il Sincrotrone Elettra di Trieste: è frutto di un team internazionale che ha coinvolto, per l’Italia, il Cnr-Iom, l’Università di Bologna e le Università Ca‘ Foscari di Venezia e Statale di Milano. Una ricerca pubblicata sulla rivista Nature Physics rivela un nuovo metodo per raggiungere una più profonda conoscenza dei materiali quantistici. Grazie a una tecnica sperimentale che sfrutta la luce di sincrotrone, infatti, un team internazionale di ricercatrici e ricercatori -di cui fanno parte per l’Italia, l’Istituto officina dei materiali del Consiglio nazionale delle ricerche di Trieste (Cnr-Iom), l’Università di Bologna, le Ca‘ Foscari di Venezia, Statale di Milano e l’Università di Bologna- hanno potuto misurare “l’avvolgimento” degli elettroni, proprietà che determina alcune particolari caratteristiche dei materiali, dalla cui comprensione dipenderà la possibilità di impiegarli in applicazioni avanzate future.