I superconduttori ad alta temperatura possono trasportare energia elettrica senza resistenza. I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno effettuato una diffusione anelastica di raggi X ad alta risoluzione e hanno scoperto che un'elevata pressione uniassiale induce un ordine di carica a lungo raggio in competizione con la superconduttività. Il loro studio apre nuove intuizioni sul comportamento degli elettroni correlati. Lo studio è pubblicato su Scienza .

I superconduttori trasportano corrente senza perdite, ma solo al di sotto di una certa temperatura critica. I superconduttori convenzionali devono essere raffreddati quasi fino allo zero assoluto, e anche i cosiddetti superconduttori ad alta temperatura richiedono temperature di circa -200 gradi Celsius per trasportare corrente senza resistenza. Nonostante questo, i superconduttori sono già ampiamente utilizzati. Per sviluppare superconduttori che funzionano a temperature ancora più elevate, possibilmente fino alla temperatura ambiente, e quindi contribuiscono in modo significativo a un approvvigionamento energetico efficiente, gli stati ei processi elettronici coinvolti nella formazione del condensato superconduttore devono essere compresi a un livello fondamentale.

I ricercatori guidati dal professor Matthieu Le Tacon, direttore dell'Istituto di fisica dello stato solido (IFP) al KIT, ora hanno compiuto un significativo passo avanti. Hanno dimostrato che un'elevata pressione uniassiale può essere utilizzata per sintonizzare gli stati concorrenti in un superconduttore ad alta temperatura. Utilizzando lo scattering di raggi X anelastico ad alta risoluzione, gli scienziati hanno esaminato un superconduttore cuprato ad alta temperatura, YBa ₂ Cu ₃ oh _6.67 . In questo complesso composto, gli atomi di rame e ossigeno formano strutture bidimensionali. La modifica della concentrazione dei portatori di carica in questi piani produce una varietà di fasi elettroniche tra cui la superconduttività e gli ordini di carica.

Nello stato di addebito ordinato, gli elettroni si "cristallizzano" in nanostrutture a forma di striscia. Questo stato elettronico si osserva solitamente in questi materiali quando la superconduttività viene soppressa utilizzando campi magnetici molto grandi, rendendo difficile l'indagine utilizzando strumenti spettroscopici convenzionali.

Indurre questo stato in YBa ₂ Cu ₃ oh _6.67 l'utilizzo della pressione uniassiale al posto dei campi magnetici ha permesso ai ricercatori di studiarne la relazione con la superconduttività utilizzando la diffusione dei raggi X. Hanno identificato forti anomalie dell'eccitazione reticolare connesse alla formazione dell'ordine di carica. "I nostri risultati forniscono nuove informazioni sul comportamento degli elettroni nei materiali elettronici correlati e sui meccanismi che cedono alla superconduttività ad alta temperatura, " afferma il professor Matthieu Le Tacon del KIT. "Essi mostrano anche che la pressione uniassiale ha il potenziale per controllare l'ordine degli elettroni in tali materiali".