I raggi X svelano il ruolo della inomogeneità nei superconduttori.


Figura: coppie di elettroni superconduttivi che scorrono negli spazi interstiziali
tra le regioni di addensamento delle onde di densità elettronica (in giallo).

Grazie alla luce di sincrotrone, un gruppo di ricerca internazionale è riuscito a dimostrare che uno dei migliori materiali ceramici superconduttori ad alta temperatura (temperatura critica Tc = 95 Kelvin) mostra una notevole complessità e inomogeneità, e che è proprio questo aspetto a conferirgli lo status di superconduttore.
Questi risultati, descritti in un articolo pubblicato sul numero di NATURE del 17 settembre 2015,  sono il frutto di una collaborazione tra ricercatori di molti paesi, coordinati da Gaetano Campi del CNR, Antonio Bianconi del Rome International Center for Material Science e Alessandro Ricci del Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) di Amburgo.
Le analisi sono state condotte grazie all’impiego di tecniche di diffrazione di Raggi X in alcune fra le stazioni sperimentali più all’avanguardia, in diversi sincrotroni d’Europa: Elettra Sincrotrone Trieste, la European Synchrotron Radiation Facility, ESRF, a Grenoble, in Francia; e DESY ad Amburgo, in Germania.

Gli autori della pubblicazione sono riusciti a dimostrare che sotto i 250 Kelvin gli elettroni si organizzano nel materiale a formare nanobolle la cui distribuzione irregolare lascia liberi spazi interstiziali. Gli elettroni rimasti liberi si organizzano invece in coppie (coppie di Cooper) che scorrono negli interstizi venutisi a creare tra le bolle: questa condizione corrisponde allo status di superconduttività.
Nonostante la superconduttività venga oggi già impiegata in una varietà di tecnologie, come l’Imaging a Risonanza Magnetica, processori ultraveloci, rivelatori di particelle, motori e generatori elettrici, un suo impiego su più larga scala è ancora lontano perché la maggior parte dei superconduttori richiede per attivarsi temperature molto basse, ben al di sotto della prima temperatura utile per applicazioni tecnologiche relativamente poco costose (70 Kelvin: la temperatura dell’azoto liquido).

D’altra parte, se trovare nuovi materiali superconduttori a temperatura ambiente cambierebbe la vita di tutti i giorni, il loro studio richiede un approccio analitico sia a livello atomico sia a livello mesoscopico: un vero e proprio rebus sperimentale che ha ostacolato a lungo lo studio di questi fenomeni quantistici e lo sviluppo di nuove tecnologie.   

Il gruppo di ricerca ha raccolto proprio questa sfida ed è riuscito a gettare una nuova luce su questi fenomeni, combinando per la prima volta la microdiffrazione di raggi X con esperimenti in  tempo/temperatura, riuscendo ad osservare la “struttura” disomogenea di tali superconduttori ad alta temperatura.



Published paper: Nature 525, 359–362 (17 September 2015) doi:10.1038/nature14987

Inhomogeneity of charge-density-wave order and quenched disorder in a high-Tc superconductor.

Authors: G. Campi, A. Bianconi, N. Poccia, G. Bianconi, L. Barba, G. Arrighetti, D. Innocenti, J. Karpinski, N. D. Zhigadlo, S. M. Kazakov, M. Burghammer, M. v. Zimmermann, M. Sprung & A. Ricci 
 


 


 


 

Ultima modifica il Venerdì, 25 Settembre 2015 13:07