11.12.202316:30

Verso applicazioni più sostenibili dei superconduttori

Scoperta una possibile causa dello “strano” comportamento dei cuprati


È stato da poco compiuto un significativo passo in avanti nella ricerca sulla superconduttività. La scoperta potrebbe aprire la strada a tecnologie sostenibili e contribuire a un futuro più rispettoso dell’ambiente.

Nello studio appena pubblicato su Nature Communications, alcuni ricercatori del Politecnico di Milano, della Chalmers University of Technology di Göteborg e della Sapienza Università di Roma chiariscono uno dei tanti misteri dei superconduttori ad alta temperatura critica, i cuprati. Anche a temperature superiori a quella critica sono speciali, si comportano come metalli “strani”. La loro resistenza elettrica, infatti, cambia con la temperatura in modo diverso da quella dei metalli normali.

Questo è il risultato di più di cinque anni di lavoro. Abbiamo usato una tecnica, chiamata RIXS, in gran parte sviluppata da noi del Politecnico di Milano. Grazie a numerose campagne di misura e a nuovi metodi di analisi dei dati abbiamo potuto dimostrare l’esistenza del punto critico quantistico.

spiega Giacomo Ghiringhelli, professore del Dipartimento di Fisica e coordinatore della ricerca.

La ricerca indica l’esistenza di un punto critico quantistico collegato alla fase denominata “metallo strano”. Un punto critico quantistico individua le condizioni specifiche in cui un materiale subisce un improvviso cambiamento nelle sue proprietà a causa di soli effetti quantistici. Così come il ghiaccio fonde e diventa liquido a zero gradi centigradi a causa degli effetti microscopici della temperatura, i cuprati diventano un metallo “strano” a causa delle fluttuazioni quantistiche di carica.

La ricerca si è basata su esperimenti di diffusione di raggi X condotti presso il Sincrotrone Europeo ESRF e il sincrotrone britannico Diamond Light Source, che hanno evidenziato l’esistenza di fluttuazioni della densità di carica capaci di influenzare la resistenza elettrica dei cuprati in modo tale da renderli “strani”. La misurazione sistematica di come varia l'energia di queste fluttuazioni ha permesso di identificare il valore esatto della densità di portatori di carica in corrispondenza della quale essa è minima: il punto critico quantistico.

La scoperta rappresenta un progresso importante per la comprensione non solo delle proprietà anomale dello stato metallico dei cuprati, ma anche dei meccanismi ancora oscuri alla base della superconduttività ad alta temperatura.

Capire bene i cuprati ci permetterà di progettare materiali ancora migliori, con temperature critiche più alte, e quindi più facili da sfruttare nelle tecnologie di domani.

Per saperne di più

Arpaia, R., Martinelli, L., Sala, M.M. et al.
Signature of quantum criticality in cuprates by charge density fluctuations.
Nat Commun 14, 7198 (2023)

H.P.C. & Quantum @polimi