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    La frustrazione spiega le differenze nella superconduttività nei conduttori molecolari e nei cuprati

    Figura 1:La disposizione molecolare dello strato di bis(etilenditio)tetratiafulvalene (BEDT-TTF) nel conduttore molecolare studiato in questo studio (sfere d'oro:zolfo; sfere d'argento:carbonio; sfere rosse:fori tra due molecole). Questa disposizione dà origine a più stati di energia più bassi a causa della frustrazione geometrica. Credito:AAAS dal rif. 2. © Kawasugiet al., alcuni diritti riservati; licenziatario esclusivo American Association for the Advancement of Science.Distribuito sotto una licenza Creative Commons Attribution NonCommercial 4.0 (CCBY-NC)

    Una differenza significativa tra la superconduttività in due importanti sistemi superconduttori non convenzionali è stata trovata da tre fisici teorici del RIKEN. Questa scoperta fornisce ai fisici indizi preziosi per ottenere una migliore comprensione di come funziona la superconduttività in questi sistemi.

    Il flusso di elettricità senza resistenza, o superconduttività, possono essere sostanzialmente divise in due categorie:convenzionali e non convenzionali. Il meccanismo della superconduttività convenzionale è noto da oltre 60 anni, mentre il meccanismo della superconduttività non convenzionale deve ancora essere completamente svelato. Stabilire come opera la superconduttività nei superconduttori non convenzionali sarebbe un passo importante verso il raggiungimento dell'obiettivo a lungo desiderato di realizzare la superconduttività a temperatura ambiente.

    La superconduttività non convenzionale si verifica in vari materiali. I più noti sono gli ossidi di rame chiamati cuprati, che superconducono a temperature relativamente elevate. Alcuni conduttori molecolari, composti organici che conducono elettricità, mostrano anche una superconduttività non convenzionale. I fisici hanno discusso se la superconduttività nei cuprati e nei conduttori molecolari abbia origine da meccanismi simili.

    "I meccanismi di superconduttività nei cuprati e nei conduttori molecolari sono in discussione, " osserva il capo scienziato Seiji Yunoki. "I due sistemi hanno molte somiglianze, ma anche alcune differenze».

    Ora, Yunoki e Hiroshi Watanabe del RIKEN Computational Condensed Matter Physics Laboratory e Hitoshi Seo del RIKEN Condensed Matter Theory Laboratory hanno calcolato teoricamente le proprietà elettroniche di un conduttore molecolare basato sul composto organico contenente zolfo bis(etilenditio)tetratiafulvalene (BEDT-TTF) .

    In particolare, hanno studiato come l'aggiunta di elettroni ad esso influenzi le sue proprietà elettroniche. Il trio ha anche esplorato cosa succede quando gli elettroni vengono rimossi, che equivale ad aggiungere 'buchi', lacune nella struttura molecolare che mancano di elettroni. Hanno scoperto che ci sono due diversi tipi di superconduttività che hanno simmetrie diverse:uno è favorito quando vengono aggiunti gli elettroni, mentre l'altro è favorito quando vengono aggiunti fori.

    Questa previsione teorica è stata recentemente ampiamente confermata da uno studio sperimentale condotto da un team di sperimentatori presso RIKEN.

    Questo differisce da ciò che accade nei cuprati. I ricercatori attribuiscono questa differenza al fatto che la struttura cristallina del conduttore molecolare è tale che vari stati sono energeticamente in competizione. Di conseguenza, si alternano tra loro quando ci sono sottili cambiamenti nei parametri. Questo fenomeno è noto come frustrazione geometrica.

    "La nostra simulazione indica che il meccanismo della superconduttività nel nostro sistema è diverso nel senso più stretto perché ha una frustrazione geometrica, considerando che non c'è frustrazione nei cuprati, "dice Watanabe.

    Il team ora intende indagare su cosa succede al loro conduttore molecolare a temperature più elevate.

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