I ricercatori hanno scoperto una lega metallica in grado di condurre elettricità con resistenza zero, o supercondotto, dalla pressione ambiente fino a pressioni simili a quelle che esistono vicino al centro della Terra. Il materiale, che è probabilmente il primo a mostrare questo tipo di superconduttività robusta, è descritto in un documento del 12 dicembre, 2017, edizione del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Il materiale fa parte di una nuova famiglia di leghe metalliche note come leghe ad alta entropia (HEA), che sono composti da miscele casuali su scala atomica di elementi dal blocco di "metalli di transizione" sulla tavola periodica. Gli HEA sono interessanti in molti modi, anche strutturalmente. Hanno strutture cristalline semplici, ma i metalli sono disposti casualmente sui punti del reticolo, conferendo a ciascuna lega le proprietà di un materiale sia vetroso che cristallino.

L'HEA studiato in questo lavoro è unico in quanto può supercondurre continuamente da basse ad alte pressioni, anche se sottoposto a pressioni simili a quelle che esistono nell'area esterna del nucleo del nostro pianeta. Questa scoperta è stata fatta da un gruppo di scienziati dell'Istituto di fisica dell'Accademia cinese delle scienze e del Dipartimento di chimica dell'Università di Princeton. L'HEA che hanno studiato è composto dai metalli tantalio (Ta), niobio (Nb), afnio (Hf), zirconio (Zr), e titanio (Ti).

"Abbiamo osservato che questo HEA rimane in uno stato di resistenza elettrica zero per tutto il percorso da un bar di pressione alla pressione del nucleo esterno della Terra, senza modifiche strutturali, " ha detto uno dei ricercatori senior dello studio, Professor Liling Sun dell'Istituto di Fisica di Pechino, a Phys.org .

Roberto Cava, il Russell Wellman Moore Professor di Chimica a Princeton, un altro autore anziano, aggiunto, "Questa è una cosa notevole - non conosciamo altro materiale simile - e rende questo HEA un candidato promettente per nuove applicazioni di superconduttori in condizioni estreme".

La pressione è una delle variabili esterne che possono scoprire caratteristiche impreviste in un materiale. Nei superconduttori, Per esempio, l'applicazione della pressione ha modificato le temperature critiche (la temperatura al di sotto della quale un materiale sarà superconduttivo) e ha indotto la superconduttività in materiali che altrimenti non mostrerebbero il fenomeno.

Qui, il gruppo ha applicato pressione all'HEA utilizzando una cella a incudine diamantata, un dispositivo che utilizza le facce levigate di due diamanti – uno dei materiali più duri sulla Terra – per spremere un campione posto tra di loro. Per generare una pressione sufficientemente alta per eseguire le misurazioni sull'HEA, la dimensione del culet di ciascun diamante - la "punta" alla base della gemma - era di 40 micron (milionesimi di metro), che è circa la metà del diametro di un capello umano.

Per tenere traccia dei possibili cambiamenti strutturali mentre il campione era nella cella dell'incudine di diamante, il gruppo ha utilizzato la diffrazione dei raggi X basata su sincrotrone (XRD) presso la Shanghai Synchrotron Radiation Facility. L'XRD consente ai ricercatori di ottenere informazioni strutturali su un campione cristallino in base al modello che i raggi X creano dopo la diffrazione dagli atomi nel campione. Hanno combinato queste tecniche con misurazioni complementari di resistività e magnetoresistenza per caratterizzare la superconduttività.

I risultati mostrano che l'HEA mantiene la sua struttura cristallina di base, nonostante il volume del campione sia notevolmente compresso (di una misurazione, quando la pressione era di circa 96 GPa, il volume era stato ridotto di circa il 28 per cento).

Sole, cava, e i loro colleghi attribuiscono il comportamento e la stabilità unici del materiale alla sua forte struttura cristallina, combinato con la natura apparentemente robusta della sua struttura elettronica quando sottoposto a una quantità molto grande di compressione reticolare.

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