Nanoparticelle innovative, ottica e tecnologia onda-materia tracciano nuove frontiere per la scienza quantistica
Questo progetto finanziato dal programma TEF era altamente ambizioso per quanto riguarda la sua portata e i suoi obbiettivi scientifici, come spiegato dal coordinatore del progetto, il prof. Markus Arndt dell’Università di Vienna. Si è trattato del primo team mondiale ad aver visto la delocalizzazione quantistica di molecole complesse e nanoparticelle, dove singoli oggetti potrebbero essere composti da dozzine, e fino a molte centinaia, di atomi fortemente legati, ed essere tuttavia delocalizzati su scale micrometriche e tempi lunghi fino a 10 ms. Oltre ai suoi profondi ancoraggi teorici, NANOQUESTFIT è anche decisamente orientato alla tecnologia. Questo include lo sviluppo di nuovi metodi nella sintesi chimica e nella nanofabbricazione per preparare macromolecole e nanoparticelle dalla coda, i cui fasci potrebbero essere preparati in vuoto spinto a bassa velocità, e rilevati con sensibilità a singola molecola. Anche le tecnologie quantistiche sono state sostenute con lo sviluppo di beam splitter onda-materia ultra sottili, fino al livello del grafene a singolo strato, oltre all’esplorazione di reticoli di diffrazione riflettenti. NANOQUESTFIT ha inoltre mostrato che un singolo fotone assorbito può fungere da beam splitter coerente per una singola macromolecola. “Molto concretamente, il nostro progetto è anche il passaggio fondamentale per le emergenti realizzazioni della metrologia delle molecole, dove le proprietà di molecole e nanoparticelle possono essere misurate con elevata sensibilità poiché le onde-materia consentono di formare frange di interferenza quantistica come righelli nanometrici” ha commentato il prof. Arndt. Esplorare la natura ondulatoria-ottica NANOQUESTFIT ha esplorato la natura ondulatoria-ottica della materia, basandosi sul fatto che la legge più fondamentale della fisica quantistica non relativistica, ovvero l’equazione di Schrödinger, prevede che persino gli oggetti massicci possano propagarsi come entità simili a onde e delocalizzarsi su regioni macroscopiche nello spazio quando vengono adeguatamente preparati e poi lasciati imperturbati. Questo è colloquialmente descritto come una situazione in cui ogni particella si trova in diversi posti nello stesso momento. Gli elementi ottici quantistici dividono la funzione d’onda della meccanica quantistica per ogni singola molecola o cluster in entrata in modo coerente, ovvero con una relazione di fase fissa, in diversi percorsi che possono essere in seguito ricombinati da un altro (set di) beam splitter. “In NANOQUESTFIT noi abbiamo compiuto dei buoni progressi in questo campo. I colleghi hanno ideato dei nuovi elementi nanomeccanici a questo scopo. Essi sono stati scolpiti in modo da avere dei minuscoli fori passanti, stretti fino a 50 nm e disposti in periodi di 100 nm,” ha proseguito il prof. Arndt. “Si è dimostrato che erano tutto utili come beam splitter onda-materia. Io ritengo che anche la comunità vorrà riconsiderare il potere delle maschere meccaniche di diffrazione. Esse sono compatte, robuste, e non necessitano di alcuna energia. Per gli interferometri atomici compatti esse promettono ancora molti vantaggi.” I prossimi passi per NANOQUEST Il prof. Arndt ha confermato che il rilevamento onda-materia è il prossimo obbiettivo concreto, ma ha riconosciuto che la tecnologia deve essere ancora perfezionata. Il team del progetto intende sviluppare quella metodologia, anche in collaborazione con un’azienda che si occupa di laser affermata a livello internazionale e allargando la comunità alla scienza dei materiali e alla fisica dei cluster. I partner del progetto stanno anche parlando di ulteriori idee che sono molto più vicine al mercato: esse riguardano necessità locali e aspetti della ricerca quotidiana, per facilitare il lavoro in un laboratorio laser o con spettrometri di massa. “Questo è piuttosto tipico per molti progetti simili, dove si ottengono diverse idee aggiuntive che potrebbero essere anche preziose per altri, indipendenti dal progetto originale,” ha detto il prof. Arndt. “Ma la metrologia onda-materia potenziata molecola/cluster/nanoparticella si trova nei primi posti della lista delle cose da fare e verrà portata avanti con forza.”
Parole chiave
NANOQUESTFIT, ottica UV, beam splitter onda-materia, rilevamento onda-materia, elementi nanomeccanici, nanoparticelle, grafene, TEF, Tecnologie emergenti e future
