Ricercatori della Brown University e dell'Università del Michigan hanno realizzato un'impresa che prima era confinata ai sogni febbrili dei fisici teorici: hanno creato e stabilizzato una nuova fase della materia usando minuscole particelle d'argento disposte come mattoncini LEGO cosmici. Il lavoro, pubblicato sulla rivista Science, cattura uno stato strutturale intermedio che balza in esistenza durante la trasformazione tra due comuni disposizioni cristalline presenti nei metalli - uno stato così fugace che gli scienziati avevano solo ipotizzato la sua esistenza.

Il materiale appena coniato non se ne sta lì a fare bella mostra di sé; mostra anche un comportamento ottico insolito, specificamente un accoppiamento luce-materia profondo e forte, dove gli elettroni all'interno delle nanoparticelle d'argento vibrano all'unisono con le onde luminose e diventano entangled quantisticamente. Notevolmente, questo effetto si verifica a temperatura ambiente, il che è come trovare un pinguino che prospera nel Sahara. I ricercatori suggeriscono che questo potrebbe eventualmente essere utile per il calcolo quantistico e altre tecnologie dell'informazione quantistica - perché ciò di cui il mondo ha bisogno sono più modi per calcolare cose che sono simultaneamente qui e non qui.

Per costruire la loro meraviglia microscopica, il team ha sintetizzato nanoparticelle d'argento a forma di ottaedri troncati - le chiamano "mecons" - che assomigliano a un diamante con gli angoli tagliati, risultando in una geometria a 14 lati. L'autore principale Yasutaka Nagaoka e il team hanno regolato le condizioni di riscaldamento per produrre mecons con vari gradi di rotondità, poi li hanno rivestiti con lunghe catene molecolari che fungevano da connettori appiccicosi, permettendo alle particelle di auto-assemblarsi in strutture ordinate più grandi chiamate superreticoli di nanoparticelle.

"Il nostro lavoro è un po' come bambini che giocano con mattoncini LEGO," ha detto Ou Chen, professore associato di chimica alla Brown e autore corrispondente, in quella che potrebbe essere l'analogia scientifica più riconoscibile da quando "è come un palloncino e un mattone." I rivestimenti molecolari, ha scoperto il team, hanno giocato un ruolo critico nello stabilizzare disposizioni che corrispondevano alle strutture transizionali previste dal percorso Nishiyama-Wassermann - un modello leader per come i metalli passano tra disposizioni cristalline cubiche a facce centrate (FCC) e cubiche a corpo centrato (BCC).

"Gli scienziati dei materiali si sono preoccupati per molto tempo di come controllare la quantità di FCC e BCC nei loro metalli, ma le transizioni tra queste fasi sono state difficili da studiare perché sono molto instabili," ha detto Tim Moore, coautore dello studio dell'Università del Michigan. "Essere in grado di osservare queste strutture è una svolta fondamentale nella scienza dei materiali." La ricerca è stata sostenuta da una piccola montagna di sovvenzioni della National Science Foundation e del Dipartimento dell'Energia, perché apparentemente scoprire una nuova fase della materia non è economico.

"Ogni volta che si riesce a identificare una nuova fase della materia, emergeranno nuove applicazioni," ha aggiunto Chen, che è l'equivalente scientifico di "costruiscilo e loro verranno" - assumendo che "loro" siano computer quantistici e sensori avanzati.