Una nuova fase della materia: scoperti gli “Intercristalli”, il materiale che potrebbe rivoluzionare tecnologia e Quantum Computing

Una scoperta che potrebbe ridefinire le fondamenta dell’elettronica e della computazione quantistica arriva dai laboratori della Rutgers University-New Brunswick. Un team di scienziati ha identificato e creato un tipo di materiale completamente nuovo, battezzato “intercristallo”, che mostra comportamenti elettronici mai osservati prima. Questa svolta, pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature Materials, apre le porte a una rivoluzione tecnologica basata non sulla chimica, ma sulla pura geometria degli atomi.

Cosa sono gli intercristalli, spiegato semplicemente

Per capire cosa sia un intercristallo, dobbiamo fare un passo indietro. La maggior parte dei materiali solidi che conosciamo, dai metalli ai semiconduttori, sono cristalli. Ciò significa che i loro atomi sono disposti in una griglia perfettamente ordinata e ripetitiva, come le caselle di una scacchiera infinita. Questo ordine detta il modo in cui gli elettroni (le particelle responsabili della corrente elettrica) si muovono al loro interno.

Esempio di sistema cristallino

Gli scienziati della Rutgers hanno creato qualcosa di diverso. Hanno preso due fogli sottilissimi di grafene (un materiale composto da un singolo strato di atomi di carbonio) e li hanno sovrapposti a un cristallo di nitruro di boro. Il colpo di genio è stato ruotare leggermente un foglio di grafene rispetto all’altro.

schema del grafene

Questa minima torsione ha creato un’interferenza visiva chiamata pattern moiré (simile all’effetto che si vede sovrapponendo due zanzariere). A livello atomico, questo pattern ha generato una struttura che non è né perfettamente ordinata e ripetitiva come un cristallo, né completamente disordinata. È una via di mezzo, un “ibrido” tra i cristalli classici e i quasi-cristalli (scoperti negli anni ’80), da cui il nome intercristallo.

Perché Questa Scoperta è Così Importante?

La vera rivoluzione non risiede nella struttura in sé, ma nelle sue conseguenze. Negli intercristalli, il comportamento degli elettroni può essere controllato in modo squisitamente preciso semplicemente modificando l’angolo di torsione tra gli strati.

Come ha spiegato Eva Andrei, autrice principale dello studio, “la nostra scoperta apre un nuovo percorso per la progettazione dei materiali. Gli intercristalli ci danno un nuovo strumento per controllare il comportamento elettronico usando solo la geometria, senza dover cambiare la composizione chimica del materiale”. Quindi si hanno  materiali con caratteristiche diverse semplicmente cambiando la posizione dei vari “fogli” di grafene.  

Questo controllo geometrico sblocca un potenziale tecnologico immenso:

• Elettronica Avanzata: Si potranno progettare transistor, sensori e interi circuiti elettronici in cui ogni funzione è controllata dalla geometria a livello atomico, rendendoli più efficienti e miniaturizzati.
• Superconduttività e Magnetismo: Piccole variazioni nella struttura possono indurre proprietà straordinarie come la superconduttività (la capacità di condurre elettricità con resistenza zero) e il magnetismo, fenomeni che oggi richiedono materiali complessi o temperature bassissime.
• Quantum Computing: La capacità di manipolare con precisione gli stati elettronici è un ingrediente fondamentale per la costruzione dei computer quantistici. Gli intercristalli potrebbero diventare i mattoni per i futuri processori quantistici.
• Sostenibilità: A differenza di molte tecnologie attuali che si basano su elementi rari e costosi (le cosiddette “terre rare”), gli intercristalli possono essere realizzati con elementi abbondanti e non tossici come carbonio, boro e azoto. Questo apre la strada a un’elettronica più sostenibile ed economicamente scalabile, abbandonando la dipendenza da materiali geopoliticamente complessi da reperire.

Questa scoperta non è solo un passo avanti, ma l’apertura di un campo completamente nuovo nella fisica, la “twistronica” (dall’inglese twist, torcere), dove le proprietà dei materiali vengono letteralmente “create su misura” torcendo strati atomici. Come conclude Jedediah Pixley, co-autore dello studio: “Questo è solo l’inizio. Siamo entusiasti di vedere dove ci porterà questa scoperta e quale impatto avrà sulla tecnologia e sulla scienza negli anni a venire”.