Esperimento Coordinato da Polimi scopre nuove proprietà nei supercoduttori

È stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Science uno studio sui risultati dell’esperimento condotto presso il Sincrotrone Europeo ESRF, congiuntamente da Politecnico di Milano, Consiglio nazionale delle ricerche, Sapienza Università di Roma e Università Chalmers di Goteborg, che ha rivelato una nuova caratteristica all’interno dei cuprati, i cosiddetti superconduttori ad alta temperatura critica.

La superconduttività ci permetterebbe di eliminare ogni spreco quando trasportiamo energia dalle centrali elettriche alle nostre case. Tuttavia, per riuscirci è necessario raffreddare i fili a temperature così basse da rendere per ora antieconomico l’uso dei superconduttori su ampia scala: per questo, nei laboratori di tutto il mondo si cercano nuovi materiali superconduttori che funzionino a temperature meno proibitive.

Grandi speranze sono riposte nei cosiddetti cuprati, composti a base di rame e ossigeno chiamati anche superconduttori ad alta temperatura, su cui si concentrano gli sforzi della comunità scientifica.

Un esperimento condotto presso la sorgente europea di luce di sincrotrone ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) di Grenoble, coordinato dal Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, ha rivelato una nuova caratteristica all’interno di tali materiali: la presenza, cioè, di una varietà di onde di densità di carica, denominate fluttuazioni dinamiche di densità di carica.

Tali fluttuazioni non sembrano interferire con la superconduttività; influenzano, invece, la resistenza elettrica nel cosiddetto stato ‘normale’, cioè a temperature superiori alla temperatura critica superconduttiva. Conoscere la presenza di queste fluttuazioni di carica non risolve il mistero principale, quello della superconduttività; tuttavia permette di spiegare un altro comportamento strano dei cuprati, ossia il fatto di avere una resistenza elettrica diversa da quella dei metalli convenzionali. Inoltre questo nuovo “ingrediente” potrebbe rivelarsi decisivo per spiegare la superconduttività, anche se questa ipotesi andrà verificata in futuro.

Già nel 2012 venne scoperto che in molti casi la superconduttività dei cuprati è contrastata dalle cosiddette onde di densità di carica, che in parte ostacolano il moto senza resistenza degli elettroni nei cuprati, pur senza impedirlo del tutto. Questa scoperta ci fa capire che le onde di densità di carica sono solo la punta emergente dell’iceberg, mentre le fluttuazioni di carica costituiscono la parte più consistente del fenomeno, meno visibile ma non per questo meno importante. Progredire nella conoscenza di questi materiali così speciali è fondamentale per arrivare a produrre superconduttori funzionanti a temperatura ambiente o quasi, oggi una cruciale sfida tecnologica e scientifica.

L’esperimento che ha reso possibile questa osservazione è stato realizzato presso il sincrotrone europeo ESRF mediante la tecnica RIXS, che consiste nell’analisi delle direzioni privilegiate di diffusione dei raggi X da parte del materiale oggetto di studio.