Manipolare la materia tramite la luce è molto più promettente di quanto pensassero gli scienziati.

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Redazione del sito web sull'innovazione tecnologica - 22 settembre 2025

Scienza e arte: Illustrazione del fenomeno fisico noto come "stati di Floquet", osservato per la prima volta nel grafene. L'illustrazione mostra la struttura elettronica tridimensionale del grafene, nota come coni di Dirac , e le sue repliche create dalla luce. [Immagine: Lina Segerer (www.linasegerer.de)]

Effetto Floquet

Il grafene è stato in qualche modo nascosto perché, sebbene promettente in diversi settori (schermi flessibili, sensori, batterie potenti, celle solari, ecc.), è molto difficile produrlo su scala industriale .

Ma, nonostante ci fossero già molti motivi per investire in questo settore, ora ce n'è uno in più: è possibile manipolare le proprietà dei materiali bidimensionali utilizzando solo la luce, il che porta il loro potenziale per applicazioni tecnologiche e scientifiche a un livello completamente nuovo.

I ricercatori delle università di Gottinga (Germania) e Friburgo (Svizzera) hanno osservato per la prima volta direttamente gli effetti Floquet, utilizzando il grafene. Questi effetti consentono niente meno che il controllo della materia tramite la luce .

La dimostrazione risolve anche un dibattito di lunga data tra i fisici, i quali ritenevano che l'ingegneria Floquet, un metodo in cui le proprietà di un materiale vengono modificate con elevata precisione utilizzando impulsi di luce, non avrebbe funzionato su materiali metallici e semimetallici come il grafene.

Questa dimostrazione pone quindi l'intera famiglia dei materiali bidimensionali (2D), o materiali di van der Waals , nel mirino degli scienziati: oggi sappiamo già che esiste un intero universo di materiali unidimensionali , recentemente arricchito con metalli 2D .

L'ingegneria Floquet dimostrata nel grafene. [Immagine: Marco Merboldt et al. - 10.1038/s41567-025-02889-7]

Materiali a luce controllata

I ricercatori hanno utilizzato la microscopia a femtosecondi per studiare sperimentalmente gli stati di Floquet nel grafene. In questa tecnica, i campioni vengono prima eccitati con rapidi lampi di luce e poi esaminati con un impulso luminoso ritardato per tracciare i processi dinamici nel materiale.

"Le nostre misurazioni dimostrano chiaramente che gli 'effetti Floquet' si verificano nello spettro di fotoemissione del grafene", ha affermato il professor Marco Merboldt. "Questo dimostra chiaramente che l'ingegneria Floquet funziona davvero in questi sistemi e il potenziale di questa scoperta è enorme".

Ciò dimostra, infatti, che l'ingegneria Floquet è in grado di lavorare su una gamma di materiali molto più ampia di quanto si pensasse in precedenza. In termini pratici, ciò significa che l'obiettivo a lungo sognato di progettare nuovi materiali con proprietà specifiche, e di farlo utilizzando impulsi laser in tempi estremamente rapidi, si sta avvicinando, affermano i ricercatori.

La configurazione dei materiali in questo modo per applicazioni specifiche potrebbe costituire la base per l'elettronica, i computer e la tecnologia dei sensori del futuro.

"I nostri risultati aprono nuove strade per controllare gli stati elettronici nei materiali quantistici con la luce. Questo potrebbe portare a tecnologie in cui gli elettroni vengono manipolati in modo mirato e controllato", ha affermato il professor Stefan Mahias, membro del team. "Ciò che è particolarmente entusiasmante è che questo ci permette anche di studiare le proprietà topologiche. Si tratta di proprietà speciali e molto stabili, con un grande potenziale per lo sviluppo di computer quantistici affidabili o di nuovi sensori in futuro", ha aggiunto il suo collega Marcel Reutzel.

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