Nel mondo della fisica della materia condensata i cosiddetti kagome metals hanno sempre attirato curiosità per la loro struttura geometrica, fatta di triangoli connessi che ricordano un reticolo giapponese. Proprio da questa configurazione particolare nascono comportamenti elettronici che fino a poco tempo fa erano solo ipotizzati nei modelli teorici. Ora, però, uno studio internazionale ha fornito la prima prova diretta che queste previsioni hanno un riscontro concreto, con implicazioni che potrebbero cambiare il modo in cui progettiamo i materiali per il calcolo del futuro.
Il materiale al centro dell’attenzione è il CsCr₃Sb₅, un metallo kagome a base di cromo che mostra proprietà di superconduttività quando sottoposto a pressione. Ciò che lo rende speciale non è soltanto questa caratteristica, ma il fatto che al suo interno siano state osservate “bande elettroniche piatte” attive, cioè livelli energetici in cui gli elettroni si muovono come onde stazionarie. In molti altri materiali simili queste bande rimangono lontane dalle energie utili e non hanno effetti tangibili. Nel CsCr₃Sb₅, invece, esse influenzano direttamente sia le proprietà magnetiche sia quelle superconduttive.
Il lavoro, pubblicato su Nature Communications e guidato da Pengcheng Dai, Ming Yi e Qimiao Si della Rice University insieme a Di-Jing Huang del National Synchrotron Radiation Research Center di Taiwan, dimostra che è possibile controllare questi stati elettronici attraverso scelte mirate nella chimica e nella struttura del materiale. In altre parole, i ricercatori hanno trovato una via concreta per ingegnerizzare una superconduttività “esotica”, diversa da quella tradizionale e potenzialmente utile per l’elettronica quantistica.
Per arrivare a questo risultato, il team ha dovuto produrre cristalli di CsCr₃Sb₅ con una purezza e una dimensione mai raggiunte prima, circa cento volte più grandi di quelli utilizzati negli studi precedenti. Questo ha permesso di applicare tecniche sofisticate come la spettroscopia fotoemissione angolare (ARPES), che mappa il comportamento degli elettroni illuminando il materiale con luce di sincrotrone, e la scattering di raggi X risonante (RIXS), in grado di catturare le eccitazioni magnetiche legate agli stessi stati elettronici.
Le misure sperimentali hanno mostrato chiaramente la presenza di orbitali molecolari compatti e onde elettroniche stazionarie, segnali inequivocabili della partecipazione attiva delle bande piatte. Le analisi teoriche condotte parallelamente hanno confermato queste osservazioni, dimostrando come la particolare geometria del reticolo kagome offra un controllo finissimo sul comportamento degli elettroni.
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