La ricerca scientifica ha recentemente compiuto un passo da gigante nel campo della superconduttività, rivelando nuove intuizioni sui superconduttori a base di rame con temperatura critica elevata. Questa scoperta, frutto di sforzi collaborativi e di esperimenti approfonditi, apre la strada a tecnologie superconduttive avanzate e soluzioni sostenibili per il futuro.
La scoperta dei superconduttori “strani”
Il comportamento del metallo strano
Uno studio pubblicato su Nature Communications da un team di ricercatori provenienti dal Politecnico di Milano, dall’Università di Tecnologia di Chalmers a Göteborg e dall’Università Sapienza di Roma ha gettato luce su uno dei tanti misteri dei superconduttori a base di rame con temperatura critica elevata: anche a temperature superiori alla temperatura critica, questi materiali si comportano in modo particolare, come “metalli strani”. Ciò significa che la loro resistenza elettrica varia con la temperatura in modo diverso rispetto ai metalli normali.
Il punto critico quantistico
La ricerca suggerisce l’esistenza di un punto critico quantistico collegato alla fase chiamata “metallo strano”. Un punto critico quantistico identifica condizioni specifiche in cui un materiale subisce un improvviso cambiamento nelle sue proprietà a causa esclusivamente di effetti quantistici. Proprio come il ghiaccio si scioglie e diventa liquido a zero gradi Celsius a causa degli effetti microscopici della temperatura, i cuprati si trasformano in un “metallo strano” a causa delle fluttuazioni quantistiche della carica.
Impatto e direzioni future
Esperimenti e tecniche di misurazione
La ricerca si basa su esperimenti di diffrazione a raggi X condotti presso il Sincrotrone Europeo ESRF e presso il sincrotrone britannico DLS. Questi hanno rivelato l’esistenza di fluttuazioni della densità di carica che influenzano la resistenza elettrica dei cuprati in modo da renderli “strani”. La misurazione sistematica di come varia l’energia di queste fluttuazioni ha permesso di identificare il valore della densità dei portatori di carica in cui questa energia è minima: il punto critico quantistico.
Prospettive per il futuro
“Questo è il risultato di più di cinque anni di lavoro. Abbiamo utilizzato una tecnica, chiamata RIXS, sviluppata in gran parte da noi al Politecnico di Milano. Grazie a numerose campagne di misurazione e a nuovi metodi di analisi dei dati, siamo stati in grado di dimostrare l’esistenza del punto critico quantistico. Una migliore comprensione dei cuprati guiderà la progettazione di materiali ancora migliori, con temperature critiche più elevate, e quindi più facili da sfruttare nelle tecnologie di domani”, aggiunge Giacomo Ghiringhelli, professore presso il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano e coordinatore della ricerca.
Sergio Caprara, insieme ai suoi colleghi del Dipartimento di Fisica dell’Università Sapienza di Roma, ha elaborato la teoria che assegna alle fluttuazioni di carica un ruolo chiave nei cuprati. Ha dichiarato: “Questa scoperta rappresenta un importante avanzamento nella comprensione non solo delle proprietà anomale dello stato metallico dei cuprati, ma anche dei meccanismi ancora oscuri alla base della superconduttività ad alta temperatura”.
La ricerca nel campo della superconduttività continua a progredire, promettendo sviluppi entusiasmanti per le tecnologie del futuro e per un mondo più sostenibile.
