[05/03/2013] News
Realizzato un superconduttore multimateriale ad alte temperature
Nature Material pubblica lo studio a "Artificially engineered superlattices of pnictide superconductors" nel quale un team di ricercatori delle università statunitensi di Wisconsin-Madison, Florida e Michigan annuncia che «Sono stati raggiunti progressi significativi nella fabbricazione di superconduttori high-quality bulk e di un film sottile a base di ferro. In particolare, "layered pnictide superlattices" artificiali offrono la possibilità di "personalizzare" le proprietà superconduttive e la comprensione dello stesso meccanismo della superconduttività».
Si tratta di un materiale unico multistrato costruito artificialmente che potrebbe portare a progressi sia nella ricerca superconduttività che ad applicazioni del mondo reale. I ricercatori, guidati da Chang-Beom Eom dell'università del Wisconsin-Madison, dicono che il materiale, che senza soluzione di continuità alterna metallo e strati di ossido, ha straordinarie proprietà superconduttive: «In particolare, la capacità di trasportare molta più corrente elettrica rispetto ai materiali "non-engineered"».
In un comunicato, l'Università del Wisconsin spiega che «Nei superconduttori, che attualmente operano solo in condizioni di freddo estremo, il trasporto di energia è molto efficiente. Possiedono un grande potenziale per le applicazioni emergenti nei dispositivi elettronici, per i trasporti e per la trasmissione produzione e stoccaggio di energia. I materiali superconduttori multistrato sono sempre più importanti nelle applicazioni altamente sofisticate. Per esempio, un superconducting quantum interference device, o Squid, utilizzato per misurare sottili campi magnetici nella magneto-encefalografia per le scansioni del cervello, si basa su tre strati di materiale. Tuttavia, una sfida per la ricerca è quella di capire se facendo leva sulla superconduttività si possono sviluppare materiali che funzionano a temperatura ambiente. Attualmente, anche i superconduttori non convenzionali ad alta temperatura funzionare al di sotto di -369 gradi Fahrenheit».
Il nuovo superconduttore non-convenzionale ad alta temperatura a base di ferro "pnictide" è promettente proprio perché la sua temperatura di funzionamento effettivo è superiore a quella dei tradizionali materiali superconduttori, quali il niobio, il piombo o il mercurio. Il team di ricerca ha progettato e misurato le proprietà dei superconduttori "superlattices of pnictide".
I ricercatori spiegano che il superlattice è una complessa struttura che dispone regolarmente atomi, su una struttura cristallina, in strati di due o più materiali. I superconduttori pnictide includono composti costituiti da uno dei cinque elementi della famiglia dell'azoto della tavola periodica. Il nuovo materiale prodotto dalle tre università statunitensi è composto da 24 strati che si alternano tra il superconduttore pnictide e uno strato di ossido di titanato di stronzio. «La creazione di tali sistemi è difficile - dicono gli scienziati - soprattutto quando la disposizione degli atomi e la compatibilità chimica di ogni materiale sono molto diverse». Eppure, strato dopo strato, i ricercatori hanno mantenuto una "atomically sharp interface", dove i materiali sono conformi: «Ogni atomo in ogni strato è posizionato precisamente, distanziato e disposto in una struttura cristallina che si ripete regolarmente. Il nuovo materiale è migliorata anche sotto l'aspetto della capacità di carico».
Man mano che cresceva il superlattice, i ricercatori hanno anche aggiunto un po' di ossigeno per inserire intenzionalmente difetti ogni pochi nanometri nel materiale. Questi difetti agiscono come "pinning centers" per immobilizzare piccoli vortici magnetici che, man mano che crescono di forza nei grandi campi magnetici, sono in grado di limitare il flusso di corrente attraverso il superconduttore. Eom spiega che «Se i vortici si muovono liberamente, l'energia si disperde, e il superconduttore non è più senza perdite. Abbiamo progettato "vertical and planar pinning centers" perché i vortici creati dai campi magnetici possano essere orientati in molti modi diversi».
Il team americano pensa di poter estendere i risultati dello studio al miglioramento delle strutture dei superconduttori artificiali ed Eom conclude: «C'è la necessità di progettare superlattices per comprendere la superconduttività fondamentale, per potenziare l'utilizzo nei dispositivi high-field ed elettronici ed ottenere così straordinarie proprietà del sistema. Questa è un'indicazione che le interfacce potrebbero rappresentare una nuova area della scoperta di superconduttori ad alta temperatura. Questo materiale offre tali possibilità».