Cristiano Nisoli. Credit: Los Alamos National Laboratory
in foto: Cristiano Nisoli. Credit: Los Alamos National Laboratory

I fisici sono riusciti a identificare un nuovo stato della materia che ha un ordine strutturale che opera seguendo regole più simili alla meccanica quantistica che alla classica teoria della termodinamica. La scoperta rappresenta un importante momento per il mondo della fisica ed gli esperimenti che hanno permesso di portarla alla luce sono stati realizzati nella University of Illinois, i risultati dello studio, intitolato “Classical topological order in the kinetics of artificial spin ice”, sono stati pubblicati su Nature Physics.

Il ghiaccio di spin. Quando parliamo di Ghiaccio di spin ci riferiamo ad un materiale che può essere manipolato per produrre monopoli magnetici e che non ha un unico stato minimi di energia. Il ghiaccio di spin è proprio il materiale utilizzato dai ricercatori per la loro ricerca. “La nostra ricerca mostra per la prima volta che i sistemi classici, come il ghiaccio di spin artificiale, possono essere progettati per dimostrare fasi ordinate topologiche che precedentemente si potevano trovare sono in condizioni quantiche”, spiega Cristiano Nisoli, fisico a capo del gruppo che ha raggiunto questa scoperta.

Le fasi della fisica. I fisici di solito classificano le fasi della materia come ‘ordinate', tipo il cristallo, e come ‘disordinate', tipo il gas, e lo fanno sulla base della simmetria di tale ordine, spiegano gli scienziati. Nella loro nuova ricerca, gli esperti hanno esplorato una particolare geometria del ghiaccio di spin, chiamata “Shakti spin ice” che, diversamente da altri ghiacci di spin artificiale, che possono raggiungere il loro stato di bassa energia man mano che la temperatura viene ridotta in quench successivi, non modifica la sua energia. “Il sistema si blocca in un modo che non può riorganizzarsi, anche se un riarrangiamento su larga scala gli permetterebbe di scendere ad uno stato di energia inferiore”, spiega Peter Schiffer, autore dello studio.

E non è tutto. I ricercatori hanno scoperto che il ghiaccio di spin Shakti raggiunge uno stato di energia basso che può essere mappato secondo il modello teorico chiamato ‘dimer cover model' che ha proprietà topologiche. Questa scoperta, spiegano gli esperti, apre a nuove possibilità di studio.

Credit: Schiffer Lab
in foto: Credit: Schiffer Lab