Un recente studio pubblicato su Nature Materials apre una nuova pagina nella fisica dei materiali bidimensionali.
I ricercatori hanno osservato uno stato quantistico raro e affascinante, noto come isolante frazionale di Chern, in un materiale composto da sei strati di grafene (grafene esalayer) disposti in configurazione romboedrica e allineati con il nitruro di boro esagonale.
Questa configurazione rappresenta una delle nuove piattaforme più promettenti per esplorare fasi topologiche della materia — stati quantistici caratterizzati da proprietà elettroniche insolite, che resistono alle perturbazioni esterne. In particolare, lo stato scoperto emerge quando il sistema è riempito a un valore specifico (ν = 2/3), e può essere controllato con precisione mediante campi elettrici e magnetici esterni.
Cosa sono gli isolanti frazionali di Chern?
Gli isolanti frazionali di Chern sono materiali in cui gli elettroni si organizzano in una fase quantistica altamente correlata, con proprietà simili a quelle osservate nell’effetto Hall quantistico frazionario — ma senza bisogno di un forte campo magnetico. La loro particolarità è quella di combinare ordine topologico e interazioni elettroniche complesse, aprendo una finestra su nuovi fenomeni quantistici.
Quello che rende la scoperta particolarmente rilevante è che questo stato può essere “acceso e spento” agendo semplicemente sui campi esterni. Questo livello di controllo rappresenta un enorme passo avanti verso l’applicazione pratica dei materiali topologici.
Il ruolo del grafene esalayer allineato
Il protagonista di questa scoperta è il grafene esalayer romboedrico, un materiale che si ottiene impilando sei strati di grafene in una specifica sequenza. Quando viene allineato con un cristallo di nitruro di boro esagonale, si crea un’interazione tra gli strati che favorisce la formazione di stati quantistici altamente sofisticati.
Attraverso l’applicazione di campi elettrici e magnetici regolabili, i ricercatori possono modificare le proprietà elettroniche del materiale e studiare il comportamento di questi stati in modo controllato. Questo rende il sistema un vero laboratorio quantistico su scala nanometrica.
Possibili applicazioni e sfide future
La possibilità di creare e controllare isolanti frazionali di Chern apre prospettive importanti per lo sviluppo di nuove tecnologie. Tra le applicazioni più promettenti troviamo l’elettronica quantistica, i dispositivi topologici a bassa dissipazione e i futuri componenti per computer quantistici.
Tuttavia, le sfide non mancano. La produzione su larga scala di materiali così complessi richiede nuove tecniche di fabbricazione, e la comprensione delle interazioni tra elettroni, campi e struttura resta un campo ancora in evoluzione. Nonostante questo, i risultati mostrano quanto sia dinamico e rivoluzionario il campo della fisica dei materiali bidimensionali.
Con strumenti sempre più avanzati e materiali sempre più sofisticati, stiamo entrando in una nuova era della materia — una in cui il controllo dei fenomeni quantistici potrebbe trasformare radicalmente la tecnologia del futuro.