Scoperto un nuovo tipo di magnetismo nel grafene, il ferromagnetismo orbitale

Struttura costituita da due fogli di grafene inseriti tra due strati protettivi di nitruro di boro esagonale (credito: Aaron Sharpe)

In uno studio pubblicato su Science, un gruppo di fisici di Stanford annuncia di aver scoperto un nuovo tipo di magnetismo nel grafene, denominato ferromagnetismo orbitale.
La scoperta, secondo gli stessi ricercatori, potrebbe rivelarsi utile per applicazioni nel campo del calcolo quantistico.

I ricercatori non cercavano quello che poi hanno scoperto. È lo stesso David Goldhaber-Gordon, professore di fisica a Stanford, ad ammettere l’accidentalità della stessa scoperta.
Gli scienziati stavano cercando, infatti, di riprodurre un esperimento relativo alla superconduttività del grafene.

I fisici hanno infatti teorizzato che disponendo il grafene in un particolare modo, è possibile far collassare gli stati energetici degli elettroni nella materia, una cosa che fa abbassare la velocità del movimento degli elettroni quasi a zero.
Ad una velocità così bassa, ogni singolo elettrone diventa fortemente dipendente da quelli nelle sue vicinanze. Le interazioni tra gli elettroni in questo stato si rivelano importanti in molti stati quantistici esotici della materia.

Provando a riprodurre questo concetto in laboratorio, i ricercatori hanno fatto varie prove ed hanno apportato alcuni cambiamenti apparentemente insignificanti. Questi cambiamenti hanno però portato anche ad un effetto noto come tensione di Hall (o effetto Hall), un effetto che mostrava che il grafene stava generando il proprio campo magnetico interno.
Si tratta di un tipo di magnetismo che però non sembra essere risultato dell’allineamento degli elettroni, come nel caso dei materiali magnetici classici, ma che invece sembra derivare da movimenti orbitali coordinati.

“Questo è il primo esempio noto di ferromagnetismo orbitale in un materiale”, riferisce Goldhaber-Gordon il quale aggiunge: “Se il magnetismo fosse dovuto alla polarizzazione dello spin, non ti aspetteresti di vedere un effetto Hall. Non vediamo solo un effetto Hall, ma un enorme effetto Hall.”

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