Superconduttori a temperatura ambiente

Alla base delle caratteristiche dei superconduttori ad alta temperatura c’è un fenomeno troppo rapido per poter essere analizzato sperimentalmente attraverso sistemi classici. Un gruppo di scienziati di diversi istituti di ricerca (fra i quali il Politecnico di Milano, la Sissa di Trieste, l’Università Cattolica Sacro Cuore e molti altri) ha impiegato una complessa tecnica sperimentale, simile alla moviola calcistica, per esaminare la struttura del processo, accrescendo la conoscenza di questi materiali e rendendo possibile un loro impiego in ambito tecnologico.

Come noto i superconduttori hanno proprietà tali da renderli ideali per la tecnologia (un tipico esempio è rappresentato dai treni a levitazione magnetica), ma il problema principale per una loro reale diffusione è che quelli classici funzionano a temperature bassissime, vicine allo zero assoluto, quindi di fatto difficilmente impiegabili. Mentre quelli a base di ossidi di rame, grazie alla temperatura di funzionamento più alta, sono più attraenti, ma riuscire a sintetizzarli a temperatura ambiente è un obiettivo ancora lontano. Lo scoglio principale è la mancata comprensione del sistema che permette agli ossidi di rame di diventare superconduttori.

Una delle difficoltà maggiori riguarda la natura delle interazioni fra elettroni nel materiale, cioè se dirette e istantanee o ritardate. Per rispondere a questo quesito è necessario esaminare questo processo dal vivo, ma vista la notevole rapidità degli eventi la cosa è tutt’altro che elementare. La soluzione trovata verte su velocissimi lampi di luce della durata di 10 femtosecondi, ossia dieci milionesimi di miliardesimi di secondo. In pratica per poter effettuare queste misure è stato sviluppato un apparato sperimentale, unico al mondo, in grado di generare, impiegare e misurare impulsi di luce di colori diversi che durano meno di 10 femtosecondi.

La tecnica messa a punto ricorda la fotografia ad alta velocità ideata da Eadweard Muybridge più di un secolo fa, con le celebri immagini stroboscopiche, o motion pictures. Muybridge fotografava soggetti in rapido spostamento, che separava e poi sovrapponeva in tanti fotogrammi realizzando quelle splendide immagini che ricostruiscono la traiettoria. Qui è stata fatta una cosa molto simile, in una dimensione di tempo e di spazio veramente ridotta, adoperando lampi di luce brevi come otturatori per osservare variazioni ultrarapide delle proprietà di un superconduttore. Gli scienziati hanno utilizzato questa metodologia per diverse famiglie di ossidi di rame superconduttori ad alta temperatura, arrivando a misurare quello che definiscono come il più veloce processo lento in un solido e le loro conclusioni sembrano confermare l’ipotesi che le interazioni fra gli elettroni nei superconduttori siano mediate dagli spin degli elettroni.

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