Gli scienziati hanno recentemente scoperto una quasiparticella unica chiamata “semi-fermione di Dirac” all’interno del cristallo di ZrSiS, un materiale semi-metallico. Questa quasiparticella, teorizzata per la prima volta 16 anni fa, si comporta in modo straordinario: è priva di massa quando si muove in una direzione, ma possiede massa quando si sposta in un’altra. La scoperta è avvenuta in modo accidentale durante un esperimento di spettroscopia magneto-ottica condotto al National High Magnetic Field Laboratory in Florida, dove i ricercatori stavano cercando di studiare la risposta ottica di ZrSiS sotto un campo magnetico potente.
L’esperimento ha rivelato che i livelli di energia degli elettroni nel cristallo non seguivano il normale schema di dipendenza dalla massa degli elettroni, ma seguivano invece una legge di potenza particolare, la “legge di potenza B^(2/3)”, che aveva già indicato la presenza dei fermioni semi-Dirac. Questo comportamento ha sorpreso gli scienziati, che non stavano cercando specificamente queste particelle, ma hanno poi confermato la loro presenza attraverso l’analisi teorica e sperimentale.
I semi-fermioni di Dirac sono particelle che presentano una caratteristica particolare: in una direzione, si comportano come particelle prive di massa, mentre nell’altra direzione acquisiscono massa. Questa proprietà è legata alla struttura elettronica del materiale, che si comporta come se fosse una rete di “binari” su cui le particelle si muovono. Quando le particelle si spostano lungo una direzione, viaggiano alla velocità della luce, ma quando cambiano direzione, acquisiscono massa.
Questa scoperta apre nuove possibilità per le tecnologie emergenti, come le batterie, i sensori e altre applicazioni che sfruttano materiali con proprietà elettroniche avanzate. Il cristallo ZrSiS è un materiale stratificato simile alla grafite, e una volta compreso come ottenere strati sottili di questo materiale, si potrebbero controllare le proprietà dei fermioni semi-Dirac con precisione, come nel caso del grafene.
Nonostante l’emozione per la scoperta, i ricercatori sottolineano che ci sono ancora molti misteri da risolvere riguardo a questi fermioni semi-Dirac e al loro comportamento, e sono al lavoro per approfondire la comprensione di queste particelle. La ricerca ha ricevuto finanziamenti dalla National Science Foundation, dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e dalla Simons Foundation.
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