Osservata la localizzazione di Anderson

Un fenomeno fondamentale del comportamento dei conduttori elettrici - in base al quale possono diventare isolanti - descritto dal premio Nobel P. W. Anderson, esattamente 50 anni fa è stato riprodotto per la prima volta presso il LENS (Laboratorio Europeo di Spettroscopie non Lineari) dell'Università di Firenze da ricercatori dell'ateneo e dell'Istituto Nazionale di Fisica della Materia (INFM-CNR) Ne dà notizia un articolo pubblicato sul numero di Nature del 12 giugno.

Il gruppo ha ottenuto per la prima volta evidenza diretta della localizzazione di Anderson per onde di materia, un fenomeno quantistico indotto dal disordine a livello microscopico, che è stato teorizzato per gli elettroni nei solidi, per spiegare alcuni drammatici cambiamenti nelle proprietà dei conduttori elettrici. Le implicazioni di questo importante risultato riguardano la comprensione del comportamento dei superconduttori, poiché si apre ora la possibilità di simulare nuove fasi della materia che si comportano secondo le leggi della meccanica quantistica.

È noto che l'inevitabile disordine dentro un cristallo può costituire un importante impedimento al moto degli elettroni, e quindi al fenomeno universale della conduzione elettrica: in presenza di disordine un conduttore tende a trasformarsi in un isolante. “Esattamente 50 anni fa, il fisico americano Anderson, premiato per questo con il Nobel nel 1977, dette una chiara spiegazione del fenomeno in termini di interferenza delle onde di materia con la struttura non perfettamente ordinata del cristallo - spiega Massimo Inguscio dell’Università di Firenze, che ha guidato il gruppo di ricerca - Fino ad ora non era stato possibile osservare la localizzazione di Anderson in esperimenti con elettroni, a causa della forte interazione tra gli elettroni stessi e si era dovuto ricorrere a sistemi senza massa, come ad esempio fotoni.”

L'esperimento ha utilizzato un gas quantistico di atomi ultrafreddi intrappolati in un speciale cristallo disordinato, creato con fasci di luce laser. Questo ha permesso di studiare il fenomeno di localizzazione dal punto di vista originale, grazie alla possibilità di creare cristalli di luce che possono avere le stesse caratteristiche di ordine e disordine di un cristallo di materia, in cui gli atomi giocano un ruolo analogo a quello degli elettroni.

“Come gli elettroni, anche gli atomi in un condensato di Bose-Einstein interagiscono naturalmente tra loro, ma questa interazione può essere opportunamente controllata ed annullata nello speciale condensato recentemente realizzato al LENS - sottolinea Giacomo Roati dell’INFM-CNR e primo firmatario della ricerca - Negli esperimenti si osservano direttamente gli atomi protagonisti di una brusca transizione: il loro moto si blocca molto velocemente appena viene introdotto un disordine più forte di un valore critico”.

“È una di quelle situazioni in natura per cui importanti proprietà fisiche possono essere drammaticamente influenzate da pur minimi cambiamenti a livello microscopico” fa notare Michele Modugno, che ha curato gli aspetti teorici della ricerca.

L'importante lavoro si inserisce nell'attività avanzatissima del Laboratorio Europeo di Spettroscopie non Lineari, dove si sta lavorando per verificare la validità di nuovi modelli teorici avventurandosi in una nuova tecnologia basata sulle leggi della meccanica quantistica.

Anderson localization of a non-interacting Bose–Einstein condensate

Giacomo Roati, Chiara D’Errico, Leonardo Fallani, Marco Fattori, Chiara Fort, Matteo Zaccanti, Giovanni Modugno, Michele Modugno & Massimo Inguscio
Nature doi:10.1038/nature07071

Data articolo: giugno 2008

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