Un passo avanti nella fisica: il supersolido diventa realtà nei semiconduttori

PAVIA - Un'importante scoperta scientifica ha visto protagonisti i ricercatori dell'Università di Pavia, in collaborazione con l'Istituto Nazionale di Ottica (INO) del CNR di Trento e l'Istituto di Nanotecnologie (NANOTEC) del CNR di Lecce. Per la prima volta, è stato ottenuto sperimentalmente uno stato "supersolido" all'interno di una guida d’onda a semiconduttore, segnando un traguardo significativo nella fisica della materia condensata. Lo studio, condotto in sinergia con l'Università di Innsbruck, l'Università di Princeton e il Lawrence National Laboratory di Berkeley, è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature il 13 marzo 2025.

Il ruolo dei ricercatori pavesi

Tra i coautori della ricerca figurano due scienziati dell'Università di Pavia, Davide Nigro e Dario Gerace, afferenti al Dipartimento di Fisica "Alessandro Volta". Il loro contributo è stato cruciale nell’interpretazione fisica dei dati sperimentali raccolti dai colleghi di Lecce. I dettagli teorici dello studio sono stati inoltre pubblicati su Physical Review Letters, consolidando l'importanza della scoperta.

Cos'è un supersolido?

"Nella vita quotidiana siamo abituati a distinguere la materia nelle fasi gassosa, liquida e solida - spiega Davide Nigro - Tuttavia, avvicinandosi allo zero assoluto, la meccanica quantistica rivela stati della materia straordinari. Il supersolido è una di queste fasi esotiche: combina le proprietà di un superfluido, che scorre senza attrito, con la struttura ordinata tipica di un solido cristallino".

Dario Gerace aggiunge un’ulteriore analogia: "Possiamo immaginare il supersolido come un fluido composto da tante goccioline che, grazie alla coerenza quantistica, scorrono senza perturbazioni mantenendo la loro disposizione spaziale, come in un cristallo."

Una scoperta senza precedenti nei semiconduttori

Sebbene la teoria del supersolido sia stata formulata oltre 50 anni fa, la sua realizzazione sperimentale in una piattaforma a semiconduttore rappresenta una novità assoluta. Fino ad ora, infatti, la supersolidità era stata osservata prevalentemente in sistemi di atomi ultrafreddi.

La nuova ricerca ha dimostrato come sia possibile ottenere lo stato supersolido utilizzando la luce iniettata in una nanostruttura di semiconduttore, che si comporta come un fluido. "Ciò che rende questa scoperta ancora più sorprendente -  sottolinea Nigro, - è che le particelle responsabili della supersolidità non sono atomi, bensì fotoni che interagiscono con stati elettronici eccitati del semiconduttore."

Implicazioni e prospettive future

Questa ricerca apre nuove prospettive per l’esplorazione di stati quantistici esotici all’interno delle nanostrutture a stato solido. Le implicazioni vanno oltre la fisica fondamentale, suggerendo potenziali applicazioni nella realizzazione di dispositivi emettitori di luce con caratteristiche innovative.

Il lavoro dei ricercatori dell’Università di Pavia rappresenta un passo avanti fondamentale nella comprensione della materia condensata e dimostra ancora una volta l'importanza della ricerca italiana nel panorama scientifico internazionale.