Il grafene infrange una legge fondamentale della fisica: scoperta una nuova forma di fluido quantistico

Nel laboratorio indiano dell’IISc, il grafene mostra un comportamento inedito che ridefinisce i confini della fisica quantistica.

Da vent’anni il grafene continua a stupire. Questo materiale sottilissimo, formato da un solo strato di atomi di carbonio, è diventato una delle star indiscusse della scienza dei materiali. È leggero, resistente e conduce elettricità come pochi altri al mondo. Ma ciò che lo rende davvero affascinante è la sua capacità di rivelare fenomeni che sfidano le leggi della fisica come le conosciamo.

Nel tempo, il grafene si è trasformato in qualcosa di più di un semplice materiale: è diventato un laboratorio in miniatura. Gli scienziati lo usano per simulare condizioni estreme, esplorare nuovi stati della materia e persino mettere alla prova teorie che finora sembravano valide solo in contesti cosmici.

Uno dei grandi interrogativi che da anni accompagna la fisica quantistica è se, in certe condizioni, gli elettroni possano comportarsi come un fluido perfetto: un insieme in cui non esistono più singole particelle, ma tutto scorre senza attrito, come acqua priva di resistenza.

Un gruppo di ricercatori dell’Indian Institute of Science (IISc), in collaborazione con colleghi giapponesi, ha compiuto un passo decisivo. Partendo da campioni di grafene estremamente puri, hanno cercato di capire in che modo elettricità e calore si muovono insieme in questo materiale così particolare.

Una legge della fisica va in frantumi

Come racconta ScienceDaily, gli scienziati dell’IISc si sono trovati di fronte a qualcosa di mai visto prima: la rottura netta della legge di Wiedemann-Franz, che stabilisce una relazione diretta tra conducibilità elettrica e termica. Ma nel loro esperimento, le due sembravano muoversi in direzioni opposte: quando una aumentava, l’altra diminuiva. Un comportamento radicale, che contraddice uno dei principi di base della fisica dei metalli.

Tutto è successo in un punto preciso chiamato “Dirac point”, dove il grafene entra in una sorta di limbo: non è più né metallo né isolante. In quel punto critico, gli elettroni sembrano perdere la loro individualità e iniziano a muoversi come un fluido, scivolando insieme in modo sorprendente. “È incredibile pensare che dopo 20 anni ci sia ancora così tanto da scoprire su un singolo strato di grafene”, ha detto Arindam Ghosh, uno degli autori della ricerca.

Il comportamento di un fluido mai visto prima

Nel grafene, in quelle condizioni estreme, gli elettroni non si comportano più da soli. Si uniscono e scorrono come un liquido quantistico: denso, veloce, ma con una viscosità bassissima, quasi perfetta. Un comportamento talmente raro da ricordare il plasma di quark e gluoni, quella materia primordiale che esisteva appena dopo il Big Bang e che oggi si può osservare solo nei grandi acceleratori di particelle.

Aniket Majumdar, primo autore dello studio, ha spiegato che questo fluido – chiamato “Dirac fluid” – segue regole completamente diverse da quelle dei materiali comuni. E potrebbe avere risvolti enormi: grazie a questa scoperta, sarà possibile esplorare concetti legati ai buchi neri, all’entanglement quantistico e persino sviluppare nuovi sensori in grado di captare segnali debolissimi.