Nuova temperatura record raggiunta dai superconduttori

Una nuova temperatura record è stata raggiunta dai superconduttori – materiali straordinari che conducono l’elettricità senza dissipare energia. Questa scoperta può essere un passo importante nella ricerca di lunga data per realizzare un superconduttore a temperatura ambiente, che potrebbero rendere di gran lunga più efficienti le reti delle città, dicono i ricercatori.

Finora, la superconduttività funziona solo a temperature molto basse. E anche se questa nuova temperatura record è ancora molto fredda, è una temperatura naturalmente presente sulla superficie terrestre, gli scienziati hanno aggiunto.

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I superconduttori sono materiali che conducono l’elettricità senza resistenza al di sotto di una certa temperatura. La superconduttività si affida a elettroni che non si respingono l’un l’altro come fanno nei materiali ordinari, ma invece formano coppie delicate, note come coppie di Cooper, che può fluire attraverso i superconduttori senza sforzo. Gli elettroni in queste coppie sono tenuti insieme da fononi o vibrazioni degli atomi del superconduttore.

Superconduttività senza refrigeratori

Per più di tre decenni, gli scienziati hanno cercato di sviluppare superconduttori a temperatura ambiente che non hanno bisogno di ingombrante refrigeratori succhia-energia. Prima d’ora, le temperature massime note a cui funzionavano i superconduttori – note come loro temperature critiche – erano meno 220 gradi Fahrenheit (meno 140 gradi Celsius) a pressioni normali, e meno 164 F (meno 109 C) ad alte pressioni. Le alte pressioni spesso migliorano la superconduttività schiacciando insieme gli atomi, che mantiene il calore per interrompere le coppie di Cooper.

Ora, i ricercatori hanno raggiunto la superconduttività ad una temperatura critica di meno 94 F (meno 70 C). Si tratta di una temperatura 34 F (19 C) più calda rispetto alle temperature più fredde note in Antartide, ha dettolo il co-autore dello studio Mikhail Eremets, fisico presso l’Istituto Max Planck per la Chimica a Mainz, in Germania. “Anche più alte temperature, e probabilmente salire fino a temperature critiche, sono possibili”, ha detto Eremets a Science.

I ricercatori hanno notato che questa temperatura record per la superconduttività non richiede pressioni estreme di circa 200 gigapascals. “Dieci gigapascals è la pressione che viene normalmente raggiunta nell’industria per la produzione dei diamanti sintetici,” detto Eremets. “La pressione al centro della Terra è di 360 gigapascals.”

L’idrogeno metallico

Gli scienziati hanno già provato a sperimentare una forma di idrogeno noto come idrogeno metallico. Una delle teorie più importanti su come i superconduttori funzionano, conosciuta come la teoria BCS, suggerisce che l’idrogeno dovrebbe essere un grande superconduttore. L’idrogeno può generare fononi ad alta energia e può anche sostenere forti interazioni tra elettroni e fononi – che sono entrambi fattori che possono rafforzare le coppie di Cooper. Tuttavia, creando una forma stabile di idrogeno metallico puro si è dimostrato estremamente difficile.

Invece, in questo nuovo studio, Eremets e i suoi colleghi hanno sperimentato solfuro di idrogeno, il composto che ha un odore simile a quello dell uova marce. I ricercatori hanno suggerito che, ad una certa combinazione di temperatura e pressione a freddo, il solfuro di idrogeno – una molecola costituita da due atomi di idrogeno e un atomo di zolfo – potrebbe formare nuove molecole, ciascuna composta di tre atomi di idrogeno e un atomo di zolfo. Questo nuovo materiale è essenzialmente una versione zolfo contaminata di idrogeno metallico, e può raggiungere la superconduttività.

La teoria BCS suggerisce che non vi è alcun limite per la temperatura a cui materiali possono diventare superconduttori, ha precisato Eremets. “Anche a temperatura ambiente la superconduttività è possibile nel materiale adeguato”, ha aggiunto. Purtroppo, “la teoria non dice direttamente che tipo di materiale ci si aspetta.”

Pressioni estremamente elevate probabilmente rendono anche a a temperatura ambiente i superconduttori impraticabili, ha detto Eremets. La ricerca futura potrebbe cercare altri materiali ricchi di idrogeno che possono diventare superconduttori sia a temperature relativamente elevate che a pressioni normali.

Via | livescience

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