Un cristallo unico che unisce magnetismo, elettricità e luce: la scoperta di un ricercatore cafoscarino su Physical Review Letters

Un team internazionale guidato dal dott. Andrea Droghetti dell’Università Ca’ Foscari Venezia e dalla prof.ssa Silvia Picozzi dell’Università Milano-Bicocca ha individuato un nuovo fenomeno elettronico che combina ferroelettricità, magnetismo e risposta alla luce in un unico materiale.

Lo studio, realizzato in collaborazione con l’Istituto SPIN del CNR e con un gruppo di ricerca spagnolo, è stato appena pubblicato sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters, punto di riferimento mondiale per la fisica di frontiera.

Un materiale che “accende” la luce in modo nuovo

La protagonista della scoperta è una particolare fase dell’ossido di europio (EuO), un materiale che unisce due proprietà raramente presenti nello stesso cristallo: è magnetico, perché gli spin degli elettroni si allineano generando un campo magnetico interno, ed è ferroelettrico, cioè presenta una separazione spontanea di cariche positive e negative che crea un campo elettrico.

«Questa combinazione – spiega Andrea Droghetti – rende il moto degli elettroni fortemente asimmetrico in una direzione precisa. Quando il materiale viene illuminato, questa asimmetria produce correnti fotovoltaiche eccezionalmente intense, molto più forti di quelle osservate in altri semiconduttori».

Ricercatori e ricercatrici definiscono questo comportamento “non reciproco”, perché il materiale risponde in modo diverso a seconda della direzione della luce o del campo applicato. È un effetto che apre prospettive completamente nuove per dispositivi fotovoltaici e optoelettronici di nuova generazione, in cui magnetismo e luce possono essere controllati insieme.

Dalla teoria alla tecnologia

Il risultato nasce da simulazioni e calcoli teorici di alta precisione. «Abbiamo utilizzato metodi di meccanica quantistica per descrivere con grande dettaglio il comportamento degli elettroni nel cristallo – racconta Droghetti –. In questo modo siamo riusciti a prevedere un fenomeno che nessuno aveva ancora osservato».

Oltre alla scoperta specifica sull’ossido di europio, lo studio ha portato all’identificazione di un meccanismo generale che lega le simmetrie del cristallo alle sue proprietà elettroniche e ottiche. Ciò significa che lo stesso principio potrebbe essere applicato ad altri materiali, offrendo un nuovo strumento per progettare sistemi multifunzionali capaci di convertire energia luminosa in elettrica in modo più efficiente.

Un riconoscimento importante per la ricerca italiana

Essere pubblicati su Physical Review Letters è un traguardo significativo. «È una delle riviste più selettive in assoluto – sottolinea Droghetti – ogni articolo viene valutato da esperti ed esperte internazionali e deve rappresentare un passo avanti sostanziale nella comprensione della fisica».

Il risultato conferma l’eccellenza della ricerca in fisica teorica dei materiali portata avanti a Ca’ Foscari e nei centri partner, e testimonia la forza delle collaborazioni interdisciplinari tra università e istituti di ricerca.

Verso nuove applicazioni

Il prossimo obiettivo del gruppo sarà verificare sperimentalmente le previsioni teoriche e individuare materiali simili che possano essere impiegati in dispositivi fotonici, sensori e celle solari innovative.

«Questa scoperta – conclude Droghetti – è un passo avanti nella comprensione dei cosiddetti materiali multiferroici, in cui magnetismo ed elettricità convivono. Capire come controllarli con la luce ci permette di immaginare tecnologie completamente nuove, più efficienti e sostenibili».