A basse temperature accadono cose straordinarie. Uno dei migliori esempi è la superconduttività, un fenomeno in cui la resistenza elettrica di un solido scende a zero al di sotto di una temperatura critica. Conosciuto da un secolo, la superconduttività ha ora applicazioni nella scienza e nell'industria. Gli studenti di fisica e chimica possono persino creare i propri magneti levitanti da leghe superconduttrici.

La maggior parte dei superconduttori, come la maggior parte dei solidi, sono cristalline, con strutture atomiche costruite da cellule che si ripetono periodicamente. Dagli anni '80, una forma alternativa di solido, il quasicristallo (QC), è diventato prominente. Sebbene i QC abbiano simmetria, come cristalli, non hanno unità di ripetizione. Questa mancanza di periodicità si traduce in strutture elettroniche insolite. Ora, in uno studio in Comunicazioni sulla natura , un team di ricerca guidato dalla Nagoya University ha scoperto per la prima volta la superconduttività in un QC.

Il team ha studiato una lega di alluminio, zinco e magnesio. La versione cristallina è nota per essere superconduttiva. Però, la struttura di Al-Zn-Mg dipende dal rapporto dei tre elementi. Il team ha scoperto che l'Al ha un effetto cruciale sulle proprietà della lega. Come osserva il primo autore dello studio Keisuke Kamiya, "Quando abbiamo ridotto il contenuto di Al mantenendo il contenuto di Mg quasi costante, la temperatura critica per la superconduttività inizialmente è diminuita gradualmente da ~0,8 a ~0,2 K. Tuttavia, al 15% di alluminio, sono accadute due cose:la lega si è trasformata in quasicristallo, e la temperatura critica è scesa a ~0,05 K."

Questa temperatura critica estremamente bassa, appena 1/20 di grado sopra lo zero assoluto, spiega perché la superconduttività nei controlli di qualità si è dimostrata così difficile da raggiungere. Ciò nonostante, la lega QC ha mostrato due caratteristiche archetipiche dei superconduttori:un salto di calore specifico alla temperatura critica, e la quasi totale esclusione del flusso magnetico dall'interno, noto come effetto Meissner.

La superconduzione nei cristalli convenzionali è ormai ben compresa. A temperatura sufficientemente bassa, gli elettroni carichi negativamente superano la loro mutua repulsione e si attraggono l'un l'altro, facendo squadra in coppie. Queste "coppie Cooper" si fondono in un condensato di Bose-Einstein, uno stato quantico della materia con resistenza elettrica nulla. Però, l'attrazione tra gli elettroni dipende dalla loro interazione con il reticolo solido, e la teoria convenzionale presuppone che questo sia un cristallo periodico, piuttosto che un controllo di qualità.

Per l'origine della superconduzione nella lega QC, la squadra ha considerato tre possibilità. Il più esotico era "autostati critici":stati elettronici speciali trovati solo vicino allo zero assoluto. Gli autostati elettronici sono estesi in cristalli, e localizzato in solidi casuali, ma l'estensione spaziale degli autostati critici nei QC, che non sono né periodici né casuali, non è chiara. Però, il team li ha esclusi in base alle loro misurazioni. Ciò ha riportato alle coppie Cooper, nella varietà estesa o meno comune "ad accoppiamento debole". Infatti, la lega somigliava molto a un tipico superconduttore ad accoppiamento debole.

"È interessante che la superconduttività di questa lega non fosse legata alla sua quasicristallinità, ma somigliava a quello dei cosiddetti cristalli sporchi, " dice l'autore corrispondente Noriaki K. Sato. "Tuttavia, la teoria dei quasicristalli prevede anche un'altra forma di superconduzione, basato sulla geometria frattale nei QC. Crediamo che ci sia una forte possibilità che la superconduttività frattale dia almeno un contributo, e saremmo entusiasti di misurarlo finalmente".

L'articolo, "Scoperta della superconduttività nei quasicristalli, " è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura .