Recenti ricerche hanno dimostrato che è possibile creare una nuova forma di luce collegando la luce a un elettrone, combinando così le proprietà di entrambi. La luce legata e un elettrone potrebbero avere proprietà che potrebbero portare a circuiti che funzionano con pacchetti di luce - fotoni - invece di elettroni, secondo gli scienziati dell'Imperial College di Londra, che hanno condotto lo studio.
Consentirà inoltre agli scienziati di studiare i fenomeni di fisica quantistica in cui sono coinvolte particelle più piccole degli atomi.
Nei materiali convenzionali, la luce interagisce con una varietà di elettroni presenti sul e all'interno del materiale. Ma usando la fisica teorica per modellare il comportamento della luce e una classe di materiali scoperti di recente noti come isolanti topologici, i ricercatori dell'Imperial College hanno scoperto che può interagire con un solo elettrone sulla superficie.
Questo ti permette di creare una coppia che combina le proprietà della luce e dell'elettrone. Di solito, la luce viaggia in linea retta, ma quando è attaccata a un elettrone, seguirà il suo percorso sulla superficie del materiale.
In uno studio pubblicato su Nature Communications, il dottor Vincenzo Giannini e colleghi hanno modellato questa interazione utilizzando una nanoparticella - una piccola sfera di diametro inferiore a 0,00000001 metri - da un isolante topologico.
I loro modelli hanno mostrato che proprio come la luce assume le proprietà di un elettrone e passa attraverso una particella, così un elettrone assume alcune proprietà della luce. Di solito, quando gli elettroni si muovono attraverso i materiali, ad esempio in un circuito elettrico, si fermano quando incontrano un difetto. Ma come ha mostrato il gruppo di Giannini, anche se ci fossero aree imperfette sulla superficie della nanoparticella, l'elettrone le supererebbe comunque con l'aiuto della luce.
Se questo può essere applicato ai circuiti fotonici, saranno più affidabili e meno soggetti a degradazione e difetti fisici.
“I risultati di questa ricerca avranno un enorme impatto su come immaginiamo la luce. Gli isolanti topologici sono stati scoperti solo nell'ultimo decennio, ma ci forniscono già nuovi fenomeni da studiare e nuovi modi per testare concetti importanti in fisica , afferma Giannini. E aggiunge che i fenomeni che ha modellato negli esperimenti possono essere osservati usando la tecnologia moderna, e il suo gruppo sta già lavorando con fisici sperimentali per implementarlo.
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Crede che il processo che porta alla creazione di una nuova forma di luce possa essere ridimensionato per rendere tali fenomeni molto più facili da osservare. Attualmente, i fenomeni quantistici possono essere visti solo studiando oggetti molto piccoli o oggetti super raffreddati, ma l'ultima scoperta potrebbe consentire agli scienziati di studiare questi comportamenti a temperatura ambiente.
ILYA KHEL
