Materiali quantistici: dal laboratorio alla vita di tutti i giorni

Materiali quantistici: dal laboratorio alla vita di tutti i giorni
INFORMAZIONI SCHEDA
di

Tutte le grandi idee scientifiche hanno bisogno di dati e prove sperimentali. La teoria vincitrice del Breakthrough Prize, proposta da Charles Kane e Eugene Mele, è l'esistenza dei isolanti topologici. Questi materiali sono dei conduttori sulla superficie e degli isolanti all'interno.

Liang Wu e i suoi collaboratori stanno studiando le proprietà di questi materiali e, tramite i dati raccolti, sperano di portare questi materiali dai laboratori alla vita reale. Liang Wu è un ricercatore presso il dipartimento di Astronomia e Astrofisica presso la "School of Arts and Scienes at Penn", si occupa principalmente di esperimenti ottici.

Secondo la testimonianza di Wu, il lavoro in laboratorio è principalmente routine ma, ogni tanto, gli esperimenti trovano qualcosa di inaspettato e non predetto dai teorici. In questi casi c'è una grande collaborazione tra i gruppi di ricerca per cercare di dare senso ai dati e per pianificare nuovi metodi di investigazione.

Il gruppo di ricerca di Wu studia l'interazione tra la luce e materiali quantistici, in particolare analizzano il "regime non lineare", quando la relazione tra input e output è molto difficile da modellizzare. "L'ottica è uno dei campi dove abbiamo un'ottima conoscenza del regime lineare, ma spesso quello che è interessante è il regime non lineare" dice Jon Stensberg, un ricercatore neolaureato.

Stensber e Xingyue Han utilizzano i segnali in terahertz, onde elettromagnetiche sub-millimetriche che sono invisibili per l'occhio umano. Impiegano gli isolanti topologici per studiare l'interazione tra luce e materia. Il loro lavoro può portare a nuovi emettitori di onde terahertz oppure migliorare i dispositivi di memorizzazione.

La nuova frontiera per le scienze dei materiali è la creazione di composti in grado di supportare la creazione di computer quantistici; Stensberg vuole analizzare l'interazione tra gli isolanti topologici e i superconduttori per produrre strumenti per l'informatica quantistica più stabili, in particolare i dispositivi di memorizzazione quantistici sono molto fragili e tendono a perdere informazioni. Attraverso la sua ricerca, Stensberg spera di trovare il materiale adatto per memorizzare questi dati.

Un altro giovane ricercatore, Zhuoliang Ni, ha costruito tre esperimenti ottici non lineari per studiare le proprietà degli isolanti topologici, con lo scopo di convertire la luce in energia elettrica. L'obiettivo materiali ottici in grado di essere accesi e spenti molto velocemente e quindi essere energeticamente efficienti.

La maggior parte del gruppo si occupa di allineare e ruotare gli esperimenti ottici, un lavoro che secondo Wu richiede molta pazienza e molto tempo. "Ho imparato molto dal processo," dice Han. "Durante le lezioni, posso dire di avere un campo magnetico e osservare una particella, ma qui dobbiamo applicarlo ed è molto complicato."

Wu spera che il gruppo rimanga focalizzato sui materiali topologici nei prossimi anni, anche se ammette le difficoltà nel prevedere il futuro di campo di ricerca così giovane. "Le nostre ricerche sono basilari ma spero davvero che possano portare ad applicazioni utili," ha affermato. "Stiamo costruendo ed imparando, e credo che la parte più interessante degli esperimenti sia scoprire qualcosa di nuovo."

L'annuncio di Google riguardo al raggiungimento della supremazia quantistica, ha accelerato la corsa al Santo Graal dei computer quantistici. Una gara alla quale voglio contribuire anche Wu e i suoi collaboratori.

FONTE: phys.ort
Quanto è interessante?
2