Rappresentazione schematica di Ti 4 oh 7 (a) e γ-Ti 3 oh 5 (B). Credito:rapporti scientifici
Molti di noi hanno familiarità con il biossido di titanio (TiO 2 ), uno sbiancante comunemente usato nelle creme solari e nelle vernici come le linee bianche che si vedono sui campi da tennis. Meno noti sono altri ossidi di titanio superiori, quelli con un numero maggiore di atomi di titanio e ossigeno rispetto al TiO, che sono ora oggetto di intensificazione della ricerca a causa del loro potenziale utilizzo nei dispositivi elettronici di prossima generazione.
Ora, i ricercatori della Tokyo Tech hanno riportato la superconduttività in due tipi di ossidi di titanio superiori preparati sotto forma di film ultrasottili. Con uno spessore di circa 120 nanometri, questi materiali rivelano proprietà che stanno appena iniziando ad essere esplorate.
"Siamo riusciti a far crescere film sottili di Ti 4 oh 7 e γ-Ti3O5 per la prima volta, "dice Kohei Yoshimatsu, autore principale dell'articolo pubblicato su Rapporti scientifici .
Fino ad ora, i due materiali erano stati studiati solo alla rinfusa, in cui si comportano come isolanti, l'opposto dei conduttori. La formazione di film sottili elettricamente conduttivi è quindi vista come un grande progresso per la fisica fondamentale.
I ricercatori hanno scoperto che la temperatura di transizione del superconduttore ha raggiunto i 3.0 K per Ti 4 oh 7 e 7,1 K per -Ti3O5. Raggiungere 7,1 K anche in ossidi metallici semplici è "un risultato sorprendente", dice Yoshimatsu, come "rappresenta uno dei più alti conosciuti tra questi ossidi".
I film sottili sono epitassiali, il che significa che hanno una struttura cristallina ben allineata (vedi Figura 1). "Sono estremamente difficili da coltivare, " dice Yoshimatsu. "Nel nostro studio, invece di utilizzare TiO2 convenzionale come materiale di partenza, abbiamo scelto di iniziare con il Ti . leggermente più ridotto 2 oh 3 ." Quindi, in condizioni atmosferiche controllate con precisione, il ti 4 oh 7 e i film γ-Ti3O5 sono stati fatti crescere strato per strato su substrati di zaffiro in un processo chiamato deposizione laser pulsata.
Per verificare le strutture cristalline dei film, il team ha collaborato con i ricercatori del National Institute for Materials Science (NIMS) che hanno utilizzato tecniche di caratterizzazione come la diffrazione dei raggi X (XRD) utilizzando la radiazione di sincrotrone a SPring-8, una delle strutture più grandi al mondo del suo genere situata nella prefettura di Hyogo, Giappone occidentale.
Finora, nessuno sa esattamente come nasce la superconduttività in questi ossidi di titanio. Si pensa che la disposizione irregolare (o quella che è nota come non stechiometrica) degli atomi di ossigeno svolga un fattore importante. Questa disposizione introduce posti vacanti di ossigeno1 che non sono stabili in forma sfusa. Creando un numero sufficiente di elettroni conduttivi, le vacanze di ossigeno possono aiutare a indurre la superconduttività.
Yoshimatsu afferma che sarà necessario più lavoro per esaminare i meccanismi sottostanti. Poiché gli ossidi di titanio sono composti economici e relativamente semplici composti da due soli tipi di elementi, aggiunge che sono attraenti per ulteriori ricerche.
Inoltre, dice che lo studio potrebbe far progredire lo sviluppo di giunzioni Josephson2 che potrebbero essere utilizzate in futuro per costruire nuovi tipi di circuiti elettronici e, in definitiva, computer più veloci.
