I ricercatori UBC hanno catturato uno sguardo senza precedenti sulla nascita della superconduttività ad alta temperatura nei cuprati, stabilendo un dibattito scientifico e scoprendo nuove strade per esplorare il potenziale di altri superconduttori non convenzionali.

Per questo studio, i ricercatori hanno studiato i superconduttori non convenzionali cuprati, materiali che iniziano a passare alla superconduttività a una temperatura record di circa -170 C. La maggior parte dei superconduttori convenzionali richiede temperature molto basse intorno allo zero assoluto o -273 C. I superconduttori mostrano proprietà fisiche sorprendenti, come la levitazione magnetica o la trasmissione di potenza senza perdite, che potrebbero portare a nuove tecnologie.

Gli scienziati hanno a lungo dibattuto sull'ingrediente chiave che consente ai cuprati di diventare superconduttori ad alte temperature:la superconduttività emerge quando gli elettroni si legano insieme a coppie? note come coppie Cooper, o quando quelle coppie stabiliscono la coerenza di fase macroscopica?

I ricercatori dello Stewart Blusson Quantum Matter Institute (SBQMI) di UBC hanno utilizzato uno stato dell'arte, laser ultraveloce finanziato dalla Gordon and Betty Moore Foundation per rispondere alla domanda.

La ricerca indica che la presenza di una "colla" attraente, legare gli elettroni in coppie, è necessario ma non sufficiente per stabilizzare lo stato superconduttore. Piuttosto, le coppie Cooper devono comportarsi coerentemente nel loro insieme per stabilire una linea di comunicazione, con una singola fase quantistica macroscopica.

"Ampiamente parlando, puoi immaginare una coerenza di fase simile a un grande insieme di frecce tutte allineate nella stessa direzione, " ha detto Fabio Boschini, autore principale dello studio e borsista post-dottorato presso l'SBQMI. "Quando i Cooper si accoppiano, abbozzato come frecce, puntare in direzioni casuali, la coerenza di fase è persa."

La coerenza di fase emerge su una scala temporale di poche centinaia di femtosecondi (un femtosecondo equivale a un quadrilionesimo di secondo). Sfruttando le sorgenti laser pulsate e le strutture del nuovo UBC-Moore Center for Ultrafast Quantum Matter di SBQMI, i ricercatori hanno stabilito una nuova tecnica investigativa per "osservare" cosa succede agli elettroni del materiale durante quei tempi ultraveloci. Lo sforzo ha rivelato il ruolo chiave della coerenza di fase nel guidare la transizione allo stato superconduttore degli ossidi di rame.

"Grazie ai recentissimi progressi nelle sorgenti laser pulsate, stiamo appena iniziando a visualizzare le proprietà dinamiche dei materiali quantistici, " disse Andrea Damascelli, capo del gruppo di ricerca e direttore scientifico dell'SBQMI. "Applicando queste tecniche pionieristiche, il nostro team di ricerca mira a rivelare i misteri sfuggenti della superconduttività ad alta temperatura e altri affascinanti fenomeni della materia quantistica".

Lo studio è stato pubblicato su Materiali della natura .