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Un team della UCLA usa l’arginina per stabilizzare l’ordine quantistico del TaS₂ a 330 K
Uno studio guidato dalla UCLA riferisce che l’arginina innalza a 330 kelvin la temperatura fino alla quale il disolfuro di tantalio mantiene un’onda di densità di carica commensurata. Secondo i ricercatori, il risultato suggerisce una via m
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
Nel normale disolfuro di tantalio, una fase elettronica con ordine quantistico scompare quando il materiale si riscalda. Un team guidato dalla UCLA riferisce che l’inserimento dell’amminoacido arginina stabilizza questa fase fino a 330 kelvin, al di sopra della temperatura ambiente; gli altri amminoacidi esaminati non hanno prodotto lo stesso effetto. Lo studio, pubblicato su Nature Chemistry il 29 settembre, indica un modo per modificare il comportamento di un cristallo attraverso la chimica molecolare, pur senza arrivare a dimostrare il funzionamento di un dispositivo.
L’arginina innalza il limite di temperatura del TaS₂
Il materiale è l’1T-TaS₂, una forma stratificata di disolfuro di tantalio. A basse temperature può formare un’onda di densità di carica commensurata, o CCDW: uno stato ordinato in cui la carica elettronica e il reticolo cristallino formano una struttura periodica. Questa fase ha suscitato interesse per il suo legame con i fenomeni quantistici correlati, ma nel materiale non modificato è stabile solo a temperature criogeniche.
I ricercatori hanno inserito molecole di arginina tra gli strati di TaS₂, creando un superreticolo ibrido. Secondo la descrizione della UCLA, la struttura consiste in una successione di strati con due strati di arginina tra i singoli strati di disolfuro di tantalio. L’articolo riferisce che l’arginina porta la temperatura di stabilizzazione della CCDW a 330 K, circa 57 gradi Celsius.
«Mostriamo che le molecole di arginina intercalate presentano forti interazioni non covalenti con gli strati atomici di 1T-TaS2, modulando così la fase elettronica correlata e innalzando la temperatura di stabilizzazione della CCDW a 330 K.»
Jingyuan Zhou, Boxuan Zhou et al., Nature Chemistry
Perché l’arginina ha funzionato e gli altri amminoacidi no
Il team ha confrontato l’ibrido con arginina con il disolfuro di tantalio non modificato, usando misure delle vibrazioni, del trasporto elettrico, delle variazioni di temperatura e della struttura atomica, oltre a simulazioni al computer. Lo studio attribuisce l’effetto alle interazioni dell’arginina con gli strati di TaS₂, che modificano la fase elettronica correlata del materiale. I modelli degli autori indicano che l’arginina modifica il bilancio energetico degli stati a onda di densità di carica e aiuta la fase ordinata a resistere alle fluttuazioni termiche.
Questa selettività chimica è importante: secondo la UCLA, altri due amminoacidi combinati con il disolfuro di tantalio non hanno mostrato un comportamento CCDW a temperatura ambiente. Anche l’articolo riferisce che, con altri amminoacidi dalle interazioni più deboli, il cambiamento delle transizioni di fase è stato meno marcato. Il contrasto suggerisce che le dimensioni e la struttura elettronica di una molecola inserita possano contribuire a determinare il suo effetto sul cristallo ospite, anziché far sì che gli amminoacidi agiscano come additivi intercambiabili.
Un risultato sui materiali, non la dimostrazione di una memoria
Il lavoro è iniziato con una precedente attività di screening che ha abbinato il disolfuro di tantalio a più di 50 molecole a base di carbonio. Secondo la UCLA, il più ampio intervallo di temperature della CCDW è emerso da analisi successive del materiale con arginina, spingendo il team a esaminare più da vicino l’effetto. Lo studio si avvale di una collaborazione internazionale che coinvolge ricercatori della UCLA, della USC, della UC Irvine, della Tamkang University a Taiwan e della University of Chemistry and Technology a Praga.
La UCLA indica la memoria per computer a basso consumo energetico come una possibile applicazione futura, ma lo studio non presenta alcun dispositivo di memoria, né risultati relativi a velocità operativa, test di durata o consumo energetico. Il suo contributo immediato è più circoscritto: dimostra che l’arginina può stabilizzare una particolare fase ordinata nell’1T-TaS₂ fino a 330 K e fornisce prove che le interazioni molecolari possono essere usate per modulare questa transizione. Secondo la UCLA, il prossimo lavoro degli autori approfondirà sia il materiale sia il metodo.