Una nuova era della ricerca sulla superconduttività

Di Vienna University of Technology25 aprile 2023

I ricercatori della TU Wien e delle università giapponesi hanno utilizzato simulazioni al computer per identificare la "zona d'oro" per una superconduttività ottimale. Questa zona, dove l'interazione tra gli elettroni è forte ma non troppo forte, viene raggiunta con una nuova classe di materiali chiamati palladati, che potrebbero portare a una nuova era nella ricerca sulla superconduttività.

La TU Wien ha eseguito calcoli che suggeriscono l'uso del prezioso metallo palladio come materiale "Riccioli d'oro" per creare superconduttori che rimangono superconduttori anche a temperature relativamente elevate.

Nel campo della fisica moderna è in corso un’entusiasmante ricerca: identificare il metodo ottimale per creare superconduttori che mantengano la loro superconduttività ad alte temperature e pressione ambientale. Questa ricerca è stata rinvigorita negli ultimi tempi dall’emergere dei nichelati, inaugurando una nuova era di superconduttività.

La base di questi superconduttori risiede nel nichel, spingendo numerosi scienziati a riferirsi a questo periodo di ricerca sulla superconduttività come all'"età del nichel". Sotto numerosi aspetti, i nichelati sono simili ai cuprati, trovati negli anni '80 e basati sul rame.

Ma ora entra in gioco una nuova classe di materiali: in una collaborazione tra la TU Wien e le università giapponesi è stato possibile simulare al computer il comportamento di diversi materiali in modo più preciso di prima.

There is a "Goldilocks zone" in which superconductivity works particularly well. And this zone is reached neither with nickel nor with copper, but with palladium. This could usher in a new "age of palladates" in superconductivity research. The results have now been published in the scientific journal Physical Review LettersPhysical Review Letters (PRL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Physical Society. It is one of the most prestigious and influential journals in physics, with a high impact factor and a reputation for publishing groundbreaking research in all areas of physics, from particle physics to condensed matter physics and beyond. PRL is known for its rigorous standards and short article format, with a maximum length of four pages, making it an important venue for rapid communication of new findings and ideas in the physics community." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Lettere di revisione fisica.

Ad alte temperature, i superconduttori si comportano in modo molto simile ad altri materiali conduttori. Ma quando vengono raffreddati al di sotto di una certa "temperatura critica", cambiano radicalmente: la loro resistenza elettrica scompare completamente e all'improvviso possono condurre l'elettricità senza alcuna perdita. Questo limite, al quale un materiale passa dallo stato superconduttore a quello normalmente conduttivo, è chiamato "temperatura critica".

"We have now been able to calculate this "critical temperature" for a whole range of materials. With our modeling on high-performance computers, we were able to predict the phase diagram of nickelate superconductivity with a high degree of accuracyHow close the measured value conforms to the correct value." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">precisione, come hanno poi dimostrato gli esperimenti", afferma il prof. Karsten Held dell'Istituto di fisica dello stato solido della TU Vienna.

Many materials become superconducting only just above absolute zeroAbsolute zero is the theoretical lowest temperature on the thermodynamic temperature scale. At this temperature, all atoms of an object are at rest and the object does not emit or absorb energy. The internationally agreed-upon value for this temperature is −273.15 °C (−459.67 °F; 0.00 K)." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> zero assoluto (-273,15°C), mentre altri mantengono le loro proprietà superconduttrici anche a temperature molto più elevate. Un superconduttore che rimanesse superconduttore alla normale temperatura ambiente e alla normale pressione atmosferica rivoluzionerebbe radicalmente il modo in cui generiamo, trasportiamo e utilizziamo l’elettricità. Tuttavia, tale materiale non è stato ancora scoperto.