Particella ibrida, composta da un elettrone e un fonone

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Particella ibrida, la scoperta: un elettrone e un fonone con un legame strettissimo. Individuata in un materiale magnetico, è tenuta insieme da un legame 10 volte più forte di qualsiasi altro mai rintracciato fra elettrone e fonone. Potrebbe servire in futuro per nuovi componenti elettronici.

Le particelle possono combinarsi in modi che non ci saremmo mai aspettati. Ora un gruppo di fisici del Massachusets Institute of Technology (Mit) ha scoperto una di queste combinazioni fuori dal comune. Si tratta di una “particella ibrida”, finora mai osservata con queste caratteristiche. Questa è in realtà composta da una particella e da una quasiparticella, che sono rispettivamente un elettrone e un fonone. La particella ibrida è tenuta insieme da un legame molto forte, come una colla, e quest'”oggetto” fisico, descritto sulle pagine di Nature Communications, è stato scoperto in un materiale magnetico bidimensionale. Le sue proprietà potrebbero essere utili, in futuro, anche per applicazioni all’interno di nuovi semiconduttori, usati per esempio nei dispositivi elettronici, ancora più potenti.

Un elettrone e un fonone e il gioco è fatto

(foto: Christine Daniloff, Mit)L’elettrone è una particella elementare ed è uno dei componenti (con massa molto piccola) dell’atomo. Il fonone è una quasiparticella e sta a indicare un determinato stato del sistema, in particolare un’eccitazione elementare. Il fonone è prodotto dalla vibrazione degli atomi all’interno di un materiale e rappresenta un quanto di vibrazione (un po’ come il fotone è invece il quanto di luce) in un reticolo cristallino rigido. È difficile immaginare la nuova particella ibrida e bisogna pensare che anche gli scienziati hanno rilevato la sua presenza in maniera indiretta, attraverso un laser a femtosecondi.

La particella ibrida: un legame strettissimo

Dall’analisi di come cambia la luce laser riflessa nel tempo, i ricercatori sono in grado di capire se la particella ibrida c’è o meno. Al di sotto di una certa temperatura, quando il materiale si comporta come magnetico, la particella era presente ed è stata individuata. Per studiarla bene e comprenderne componenti e unione fra elettrone e fonone, gli autori hanno aggiustato l’esperimento cambiando più volte la frequenza del laser. Da quest’analisi è emerso che il legame che tiene insieme elettrone e fonone è talmente forte, da essere 10 volte maggiore di qualsiasi altra connessione mai scoperta fra questi due elementi.

Verso nuovi dispositivi elettronici

Il potente legame fa pensare che elettrone e fonone siano collegati in maniera così stretta, quasi “accordati”, al punto che qualsiasi cambiamento o sollecitazione sull’elettrone colpisce anche il fonone e viceversa. Questo elemento fa trarre un’altra conclusione agli scienziati: in linea teorica è possibile, applicando un’energia o della luce, modificare e impostare non solo le sue proprietà elettriche ma anche quelle magnetiche (legate alla sollecitazione del fonone).

I fisici ritengono che, qualora i risultati siano confermati, particelle ibride di questo genere, in un materiale simile, potrebbero portare in futuro allo sviluppo di un nuovo tipo di semiconduttori e a componenti elettronici più efficienti. “Immaginate se riuscissimo a stimolare un elettrone e avere una risposta magnetica – sottolinea Nuh Gedik, professore di fisica al Mit -. In questo modo potremmo far lavorare i dispositivi in maniera molto diversa rispetto a quanto fanno oggi”.

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