Italiani scoprono un nuovo stato della materia: cos’è l’isolante eccitonico
L'esistenza di un nuovo stato della materia chiamato “isolante eccitonico” è stata dimostrata per la prima volta da ricercatori italiani, grazie ai cosiddetti nanotubi di carbonio. Fu supposta circa mezzo secolo fa dallo scomparso fisico austriaco naturalizzato statunitense Walter Kohn, vincitore del premio Nobel per la chimica nel 1998. A raggiungere questo straordinario traguardo un team di scienziati dell’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Nano-Cnr), che ha collaborato con i colleghi Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (Sissa), dell'Istituto officina dei materiali (Iom-Cnr) e dell'Istituto struttura della materia (Ism-Cnr) del Consiglio nazionale delle ricerche.
Per comprendere le caratteristiche dell'isolante eccitonico è necessario soffermarsi sui nanotubi di carbonio. Essi non sono altro che minuscoli cilindri di grafene – materiale composto da un singolo strato di atomi di carbonio – arrotolato su se stesso. Sono così piccoli che hanno un raggio di qualche nanometro – un nanometro è un miliardesimo di metro – e sono lunghi quanto il diametro di un capello. Si supponeva che il comportamento da ‘metallo' di alcuni nanotubi di carbonio – in grado di condurre elettricità – fosse legato allo spostamento libero degli elettroni attraverso l'intera lunghezza del nanotubo stesso. I ricercatori italiani coordinati dal professor Massimo Rontani hanno invece dimostrato che gli elettroni non sono liberi di muoversi, ma restano legati alla ‘buca' che si lasciano alle spalle, creando una nuova particella quantistica detta eccitone (formata sia dalla buca che dall'elettrone stesso).
Gli elettroni dei nanotubi di carbonio acquisiscono la libertà di spostarsi solo se viene fornita una sufficiente quantità di energia in grado di ‘dissolvere gli eccitoni', come indicato dal professor Rontanti sul sito del CNR. “Questo significa che il nanotubo si comporta come un materiale isolante, un isolante eccitonico: si tratta di un fenomeno quantistico elusivo, a lungo inseguito”, ha aggiunto lo studioso italiano. Per carpirlo gli sscienziati si sono avvalsi della potenza di alcuni supercomputer del centro europeo MaX, grazie ai quali hanno simulato il complesso comportamento degli eccitoni.
Lo stato della materia documentato dai ricercatori italiani, che è di tipo quantistico, è uno degli ultimi individuati dalla scienza moderna, e che ‘sfuggono' alla stringente e tradizionale organizzazione del tipo solido, liquido, aeriforme e plasma. I dettagli della ricerca, che aiuterà a comprendere meglio il criptico comportamento dei nanotubi di carbonio, sono stati pubblicati sull'autorevole rivista scientifica Nature Communications.
[Credit: Nano-CNR]
