Scoperto un nuovo materiale quantistico: il tellururo di manganese-bismuto

Gli scienziati hanno scoperto un nuovo tipo di materiale, il tellururo di manganese-bismuto, assai promettente per applicazioni nelle tecnologie quantistiche.

Gli scienziati hanno scoperto un nuovo tipo di materiale quantistico sfuso, con proprietà intrinsecamente magnetiche e topologiche. Il nuovo materiale si chiama tellururo di manganese-bismuto (MnBi2Te4) e promette di far nascere nuove applicazioni nella spintronica antiferromagnetica e nelle tecnologie quantistiche.

Attualmente, i materiali quantistici sono al centro delle attività di ricerca in tutto il mondo. Questa classe di materiali sembra essere sempre più complessa e ricca di fenomeni fisici come magnetismo, superconduttività o topologia. Ciò li rende estremamente interessanti per l’uso in settori come quello dei sensori, dell’informatica e molti altri.

Proprietà straordinarie ma in condizioni difficili

Le straordinarie proprietà dei materiali quantistici richiedono però condizioni speciali e assai difficili da raggiungere (bassissime temperature, campi magnetici estremamente forti o altissime pressioni). Perciò, gli scienziati sono alla ricerca di materiali che manifestino le loro proprietà anche a temperatura ambiente, senza campi magnetici esterni e a pressione atmosferica.

Il tal senso si sono dimostrati assai promettenti i cosiddetti isolatori topologici magnetici (MTI). Sono considerati una fonte di nuove quasi-particelle e di fenomeni quantistici senza precedenti, anche se il loro utilizzo sperimentale è molto impegnativo.

In questo contesto, alla Technische Universität Dresden (Germania), un gruppo di ricercatori facenti parte di una vasta rete di cooperazione internazionale, ha scoperto il nuovo materiale quantistico di cui abbiamo accennato. Il tellururo di manganese-bismuto, caratterizzato dalle proprietà fisiche dei cristalli, è il primo isolante topologico antiferromagnetico (AFMTI) al di sotto della sua temperatura di Néel.

Una nuova famiglia di isolatori topologici magnetici

Il significato di questa scoperta per la comunità scientifica è enorme. Infatti, significa che un cristallo MTI ha uno stato limite sulla sua superficie che può realizzare una conducibilità Hall quantizzata anche senza un campo magnetico esterno. Inoltre, la fabbricazione di un AFMTI offre un importante contributo al settore in forte espansione della spintronica antiferromagnetica. La nuova area di ricerca dei materiali magnetici di Van der Waals potrebbe anche beneficiare di nuovi ferromagneti bidimensionali.

Di fatto, è nata una nuova famiglia di isolatori topologici magnetici che si basano sulla magnetizzazione intrinseca piuttosto che sull’approccio al doping magnetico.

Tanto è complicato capire fino in fondo le proprietà dei materiali quantistici, tanto è semplice intuire che il loro impiego rivoluzionerà molte tecnologie ben al di là di quando oggi possiamo immaginare.

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