Wiedemann-Franz

Qualcosa di davvero inatteso è emerso da uno studio condotto su un materiale che la comunità scientifica pensava di conoscere già piuttosto bene. Il grafene, quel singolo strato di atomi di carbonio che da anni rappresenta una delle frontiere più promettenti della scienza dei materiali, ha appena messo in discussione una delle leggi considerate solide nella fisica. Un gruppo di ricercatori dell'Indian Institute of Science (IISc) e del National Institute for Materials Science ha infatti osservato un comportamento che nessuno si aspettava, con implicazioni potenzialmente enormi per il modo in cui comprendiamo la conduzione del calore e dell'elettricità nei materiali ultrasottili. Il punto centrale della scoperta riguarda la cosiddetta legge di Wiedemann-Franz. Si tratta di un principio fondamentale della fisica che, in parole semplici, stabilisce un rapporto proporzionale e costante tra la capacità di un materiale di condurre elettricità e quella di condurre calore. Per oltre un secolo e mezzo, questa legge ha funzionato come una sorta di bussola affidabile per capire il comportamento dei metalli e di molti altri conduttori. Eppure, nel grafene, le cose vanno diversamente. Molto diversamente. Deviazioni superiori a 200 volte: un dato che ha sorpreso tutti Il team di ricercatori indiani e giapponesi ha condotto esperimenti sul grafene a basse temperature, ed è proprio in queste condizioni che il materiale ha mostrato il suo lato più sorprendente. I risultati registrati indicano deviazioni superiori a 200 volte rispetto ai valori che la legge di Wiedemann-Franz avrebbe dovuto prevedere. Non si parla quindi di piccoli scostamenti o di anomalie marginali: si tratta di un distacco enorme, tale da costringere i fisici a ripensare l'applicabilità di questo principio nei materiali bidimensionali come il grafene. Per capire la portata di questa osservazione, basta pensare che normalmente le variazioni rispetto alla legge di Wiedemann-Franz, quando si verificano, sono piuttosto contenute. Trovare una discrepanza di questo ordine di grandezza significa che nel grafene succede qualcosa di qualitativamente diverso rispetto a quanto accade nei materiali tridimensionali tradizionali. Le proprietà uniche di questo strato monoatomico di carbonio, già note per la straordinaria resistenza meccanica e l'eccezionale conducibilità elettrica, aggiungono ora un nuovo capitolo alla lista delle sue caratteristiche fuori dall'ordinario. Una nuova pagina nei libri di fisica La scoperta, realizzata dalla collaborazione tra l'IISc e il National Institute for Materials Science, rappresenta qualcosa di più di una semplice curiosità accademica. Quando un materiale viola in modo così clamoroso una legge che ha retto per generazioni, si aprono domande profonde su come i portatori di carica e il calore interagiscano nelle strutture bidimensionali. Il grafene, con la sua struttura a nido d'ape composta da un unico strato atomico, si comporta come un laboratorio naturale dove le regole della fisica classica possono essere messe alla prova in condizioni estreme. Quello che i ricercatori hanno documentato potrebbe avere ricadute importanti anche dal punto di vista applicativo. Se il rapporto tra conduzione termica ed elettrica nel grafene non segue le previsioni standard, questo cambia le carte in tavola per chiunque stia progettando dispositivi elettronici, sensori o sistemi di gestione termica basati su questo materiale. Non è un dettaglio da poco, considerando quanto il grafene sia al centro della ricerca tecnologica di nuova generazione.

Wiedemann-Franz

Grafene sfida una legge della fisica: deviazioni 200 volte oltre il previsto