Un punto di partenza per lo studio della superconduttività

I fisici del RIKEN hanno trovato una piattaforma ideale per esplorare il comportamento degli elettroni nella materia mentre si avvicina alla superconduttività¹. Ciò potrebbe aiutare nello sviluppo di nuovi superconduttori che operano a temperature più favorevoli rispetto a quelli esistenti.

I superconduttori trasportano la corrente elettrica senza alcuna resistenza e vengono utilizzati, ad esempio, in potenti elettromagneti e sensori magnetici. Ma la superconduttività generalmente si verifica solo a basse temperature, quindi i ricercatori sono alla ricerca di superconduttori ad alta temperatura che potrebbero aprire una gamma molto più ampia di applicazioni. L’obiettivo finale è trovare materiali che siano superconduttori a temperatura ambiente.

La superconduttività nei cosiddetti superconduttori classici si verifica quando gli elettroni sono accoppiati. Questo accoppiamento impedisce agli elettroni di disperdersi mentre fluiscono attraverso il materiale.

Alcuni materiali, quando si avvicinano a questo stato superconduttore, entrano in una “fase nematica” in cui gli elettroni si allineano in linee. “La nematicità è strettamente correlata alla superconduttività”, spiega Yuya Kubota del RIKEN SPring-8 Center. “Tuttavia, l’esatta relazione tra nematici e superconduttività non è del tutto compresa”.

Per esplorare questa relazione, Kubota e i suoi colleghi si sono rivolti a un materiale chiamato seleniuro di ferro, che conduce elettricità solo a una temperatura molto bassa di -265 gradi Celsius, appena 8 gradi sopra lo zero assoluto. Ma la superconduttività ad alta temperatura può essere ottenuta attraverso la pressione o modificando la composizione chimica del materiale, il che potrebbe indicare la strada a strategie più generali per la creazione di superconduttori ad alta temperatura.

Il seleniuro di ferro entra nella sua fase nematica a circa -183 °C. In questa fase, la disposizione degli atomi nel reticolo cristallino del materiale cambia e alcuni elettroni possono assumere stati energetici diversi. I ricercatori hanno dibattuto a lungo sull’importanza relativa di questi fattori strutturali ed elettronici nello stimolare l’infezione filamentosa.

Ora il team Kubota ha trovato una risposta. Hanno studiato uno strato molto sottile di seleniuro di ferro su una base di alluminato di lantanio, che sopprimeva il cambiamento strutturale durante la transizione alla fase nematica.

I ricercatori hanno osservato tutte le caratteristiche elettroniche caratteristiche della transizione alla fase nematica, sebbene la struttura reticolare sia rimasta la stessa. Ciò indica che la fase nematica nasce solo da cambiamenti negli stati energetici di particolari elettroni.

I ricercatori si aspettano che il materiale a film sottile permetta loro di esplorare il comportamento degli elettroni nella fase nematica, senza il fattore complicante di eventuali cambiamenti strutturali associati. “Questo potrebbe aiutarci a raggiungere una comprensione più profonda della relazione tra nematicità e superconduttività e del meccanismo della superconduttività”, afferma Kubota. “Ciò a sua volta potrebbe accelerare la ricerca verso i superconduttori a temperatura ambiente”.