Prima di procedere
Il mondo del calcolo quantistico è in fermento, con applicazioni che promettono di rivoluzionare settori come la medicina, la crittografia e la scienza dei materiali. Tuttavia, una sfida fondamentale rimane: la necessità di raffreddare i computer quantistici a temperature estremamente basse, vicine allo zero assoluto. Questo perché i materiali tradizionali tendono a perdere le loro proprietà fisiche ed elettriche a queste temperature, limitando le prestazioni e l'affidabilità dei dispositivi quantistici.
Per superare questo ostacolo, un team di ricercatori della Stanford University si è concentrato sullo studio di materiali speciali capaci di mantenere, o addirittura migliorare, le proprie caratteristiche a temperature criogeniche. La loro attenzione si è focalizzata sul titanato di stronzio (STO), un composto noto per le sue particolari proprietà ottiche ed elettriche. Il titanato di stronzio appartiene alla famiglia dei perovskiti, minerali che negli ultimi anni hanno attirato un crescente interesse scientifico per le loro potenziali applicazioni in diversi campi tecnologici.
Prodotto industrialmente a partire dalla metà degli anni '50, il titanato di stronzio in forma cristallina somiglia al diamante, tanto da essere utilizzato come suo sostituto in gioielleria. Ma le sue qualità vanno ben oltre l'apparenza. Gli scienziati di Stanford hanno scoperto che, raffreddato a 5 Kelvin (-268 °C), il titanato di stronzio non solo conserva le sue proprietà, ma le amplifica, superando di gran lunga le prestazioni dei materiali attualmente impiegati nelle tecnologie quantistiche. Questo risultato apre la strada a nuove applicazioni in diversi settori.
Una delle proprietà più interessanti del titanato di stronzio a basse temperature è il suo elevato effetto elettro-ottico, ovvero la capacità di modificare l'indice di rifrazione della luce in risposta a un campo elettrico. Questo effetto, 40 volte superiore a quello dei materiali elettro-ottici convenzionali, lo rende ideale per la realizzazione di convertitori e commutatori quantistici, componenti critici per il funzionamento dei computer quantistici. In altre parole, il titanato di stronzio permette di manipolare la luce con precisione e controllo senza precedenti, aprendo nuove possibilità per l'elaborazione e la trasmissione di informazioni quantistiche.
Oltre alle proprietà ottiche, il titanato di stronzio è anche un materiale piezoelettrico, il che significa che si deforma meccanicamente in presenza di un campo elettrico. Questa caratteristica lo rende adatto alla creazione di dispositivi elettromeccanici operanti a temperature criogeniche, con applicazioni che spaziano dai sensori ad alta sensibilità ai micro-attuatori per sistemi criogenici. I ricercatori hanno sottolineato che queste proprietà potrebbero rendere il titanato di stronzio particolarmente prezioso nelle fredde profondità dello spazio o nei serbatoi di carburante criogenico dei razzi, dove le condizioni estreme richiedono materiali dalle prestazioni eccezionali.
"A basse temperature, il titanato di stronzio non è solo il materiale ottico più elettricamente sintonizzabile che conosciamo, ma anche il materiale più piezoelettricamente sintonizzabile", concludono gli autori dello studio. Questa combinazione unica di proprietà rende il titanato di stronzio un candidato promettente per il futuro delle tecnologie quantistiche e criogeniche, aprendo nuove prospettive per l'esplorazione dello spazio e lo sviluppo di dispositivi innovativi.
