Mauro Fanciulli, Henrieta Volfová, Stefan Muff, Jürgen Braun, Hubert Ebert, Jan Minár, Ulrich Heinzmann, and J. Hugo Dil, ricercatori dell’Ecole Polytechnique Federale de Lausanne sono riusciti a misurare un brevissimo ritardo di tempo nella fotoemissione di elettroni, senza utilizzare orologi. La scoperta ha importanti conseguenze sia sulla ricerca di base che sulla tecnologia di moda oggi.
Quando la luce colpisce determinati materiali, ne provoca l’emissione di elettroni. Questa emissione è chiamata fotoemissione e fu spiegata da Albert Einstein nel 1905, permettendogli di vincere il premio Nobel. Inizialmente si credeva che questa emissione di elettroni fosse istantanea (appena il fascio di luce colpisce il materiale, avviene l’emissione di elettroni). Solo negli ultimi anni, però, grazie all’avanzamento delle tecnologie sui laser, gli scienziati sono stati in grado di indagare le scale di tempo incredibilmente piccole dei fenomeni di fotoemissione. I ricercatori dell’EPFL hanno rilevato un ritardo di miliardesimi di miliardesimi di secondo nella fotoemissione di elettroni, misurando lo spin degli elettroni emessi, senza la necessità di utilizzare orologi (nel caso specifico impulsi laser ultracorti). La scoperta è pubblicata su Physical Review Letters.
La fotoemissione è un fenomeno particolarmente importante per le tecniche di spettroscopia più avanzate che permettono agli scienziati di studiare le proprietà degli elettroni in un solido. Lo spin, una di queste proprietà, ha a che vedere con la rotazione di un elettrone attorno ad un proprio asse. L’allineamento dell’asse di più elettroni con una determinata direzione prende il nome di polarizzazione di spin. Questa polarizzazione fornisce particolari proprietà alla materia, ad esempio proprietà magnetiche.
Gli studi sulla fotoemissione di elettroni e sulla polarizzazione di spin sono stati tantissimi, ma si riteneva che l’emissione di elettroni, una volta che il materiale era colpito da luce, fosse istantanea. Ora si è scoperto che, in realtà, c’è un piccolissimo intervallo di tempo tra l’istante in cui la luce colpisce l’oggetto e l’istante in cui viene emesso l’elettrone, nell’ordine degli attosecondi (miliardesimi di miliardesimo di secondo).
Questo intervallo di tempo è stato misurato in modo indiretto nel laboratorio di Hugo Dil, professore presso l’EPFL, utilizzando un particolare tipo di spettroscopia di fotoemissione detta SARPES(Spin and Angle Resolved Photoemission Spectroscopy).
Secondo Mauro Fanciulli, dottorando dell’EPFL e primo autore della pubblicazione, “è possibile misurare direttamente l’intervallo di tempo tra due fenomeni mediante laser, ma è molto difficile determinare correttamente l’inizio del processo”. Con la nuova tecnica utilizzata, il tempo non viene misurato direttamente, ma viene calcolato a partire da altre grandezze che vengono a loro volta misurate. In questo modo non è più necessario individuare esattamente l’inizio del processo studiato. Questo permette di misurare intervalli di tempo piccoli coma mai prima.
Oltre al fascino di aver misurato un intervallo di tempo così piccolo, questa ricerca apre spazi per nuove scoperte nel campo dei materiali, obiettivo principale delle ricerche di Hugo Dil e Fanciulli. In particolare del grafene e di superconduttori ad alta temperatura. Non è poco, dato che il grafene è considerato il materiale del futuro(flessibilità comparabile con la plastica e resistenza meccanica simile a quella del diamante) e che i superconduttori sono al centro di importantissime sperimentazioni, tra le quali treni a levitazione magnetica dai consumi ridottissimi.
Sergio De Nisi - Liceo Bianchi Dottula, Bari
