Gli scienziati hanno scoperto un processo di base necessario per Superconduttività Ciò potrebbe verificarsi a temperature più elevate di quanto si pensasse in precedenza. Questo potrebbe essere un piccolo ma importante passo nella ricerca di uno dei “Santo Graal” della fisica, un superconduttore a temperatura ambiente.
La scoperta, fatta all’interno di un materiale inaspettato, un isolante elettrico, rivela l’accoppiamento di elettroni a temperature fino a meno 190 gradi Fahrenheit (meno 123 gradi Celsius) – uno degli ingredienti segreti per il flusso di elettricità con quasi nessuna perdita di energia in materiali superconduttori freddi.
Fino ad ora, i fisici si stanno ancora grattando la testa sul perché ciò accada. Ma capire questo potrebbe aiutarli a trovare superconduttori che funzionino a temperatura ambiente. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati il 15 agosto sulla rivista scienze.
“Le coppie di elettroni ci dicono che sono pronte per diventare un superconduttore, ma c’è qualcosa che le impedisce”, afferma il coautore Ki Jun Chostudente laureato in fisica applicata alla Stanford University, Lo ha detto in un comunicato“Se riusciamo a trovare un nuovo modo per sincronizzare le coppie, potremmo essere in grado di applicarlo alla costruzione di superconduttori a temperatura più elevata”.
La superconduttività nasce dalle increspature lasciate dagli elettroni mentre si muovono attraverso un materiale. A temperature sufficientemente basse, queste increspature attraggono i nuclei atomici tra loro, il che a sua volta provoca un leggero spostamento di carica che attira un secondo elettrone sul primo.
Normalmente le due cariche negative dovrebbero respingersi. Ma invece accade qualcosa di strano: gli elettroni si legano insieme per formare una “coppia di rame”.
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Le coppie Cooper adottano approcci diversi Meccanica quantistica Queste coppie di Cooper sono diverse da quelle dei singoli elettroni. Invece di essere racchiusi in un involucro energetico, si comportano come particelle di luce, un numero infinito delle quali possono occupare contemporaneamente lo stesso punto nello spazio. Se si creano abbastanza coppie di Cooper in tutto il materiale, questo diventa un liquido superfluido, che scorre senza alcuna perdita di energia dovuta alla resistenza elettrica.
I primi superconduttori, scoperti dal fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes nel 1911, passarono a uno stato di resistenza elettrica pari a zero a temperature inimmaginabilmente fredde, vicine Zero assoluto (meno 459,67 gradi Fahrenheit o meno 273,15 gradi Celsius). Tuttavia, nel 1986, i fisici scoprirono un materiale a base di rame, chiamato cuprite, che diventa un superconduttore alla temperatura molto più alta (ma comunque molto fredda) di meno 211 F (meno 135 C).
I fisici speravano che questa scoperta li avrebbe portati ai superconduttori a temperatura ambiente. Tuttavia, le conoscenze su ciò che fa sì che i cuprati mostrino il loro comportamento insolito sono rallentate e, l’anno scorso, le affermazioni virali sui superconduttori praticabili a temperatura ambiente hanno finito per essere… Accuse di falsificazione di dati E delusione.
Per indagare ulteriormente, gli scienziati dietro la nuova ricerca si sono rivolti all’ossido di rame, cerio e neodimio. La temperatura massima superconduttiva del materiale è meno 414,67 gradi Fahrenheit (meno 248 gradi Celsius), quindi gli scienziati non si sono presi la briga di studiarla molto. Ma quando i ricercatori coinvolti nello studio hanno proiettato la luce ultravioletta sulla sua superficie, hanno notato qualcosa di strano.
Normalmente, quando raggi di luce, o fotoni, colpiscono tazze che trasportano elettroni spaiati, i fotoni danno agli elettroni abbastanza energia per buttarli fuori dal materiale, facendo loro perdere molta energia. Ma gli elettroni nelle coppie di Cooper possono resistere all’eiezione di fotoni, facendo sì che il materiale perda solo una piccola quantità di energia.
Sebbene lo stato di resistività zero si verifichi solo a temperature molto basse, i ricercatori hanno scoperto che il gap energetico persisteva nel nuovo materiale fino a 150 K e che l’accoppiamento era, stranamente, più forte nella maggior parte dei campioni che resistevano meglio al flusso di corrente elettrica.
Ciò significa che, sebbene sia improbabile che la cuprite raggiunga la superconduttività a temperatura ambiente, potrebbe contenere qualche indizio per trovare un materiale che possa farlo.
“I nostri risultati aprono un nuovo percorso potenzialmente ricco. Abbiamo in programma di studiare questo divario di accoppiamento in futuro per aiutare a progettare superconduttori utilizzando nuovi metodi”, ha detto nella dichiarazione l’autore principale Qi Xun Chen, professore di fisica alla Stanford University. “Da un lato, prevediamo di utilizzare approcci sperimentali simili per ottenere maggiori informazioni su questo stato di accoppiamento lasco. Dall’altro, vogliamo trovare modi per manipolare questi materiali per forzare questi accoppiamenti lassi alla sincronizzazione”.
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