I ricercatori dell'Università di Houston hanno segnalato un nuovo modo per aumentare la temperatura di transizione dei materiali superconduttori, aumentando la temperatura alla quale i superconduttori sono in grado di funzionare.

I risultati, riportato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , suggeriscono una strada precedentemente inesplorata per raggiungere la superconduttività a temperature più elevate, che offre una serie di potenziali vantaggi ai produttori di energia e ai consumatori.

La corrente elettrica può passare attraverso materiali superconduttori senza resistenza, mentre i materiali di trasmissione tradizionali perdono fino al 10% dell'energia tra la fonte di generazione e l'utente finale. Trovare superconduttori che funzionano a temperatura ambiente o prossima a quella ambiente (gli attuali superconduttori richiedono l'uso di un agente di raffreddamento) potrebbe consentire alle società di servizi pubblici di fornire più elettricità senza aumentare la quantità di carburante richiesta, riducendo la loro impronta di carbonio e migliorando l'affidabilità e l'efficienza della rete elettrica.

La temperatura di transizione è aumentata in modo esponenziale per i materiali testati con il nuovo metodo, anche se è rimasto al di sotto della temperatura ambiente. Ma Paul C.W. Chu, capo scienziato presso il Texas Center for Superconductivity presso UH (TcSUH) e autore corrispondente per l'articolo, detto il metodo offre un modo completamente nuovo di affrontare il problema di trovare superconduttori che funzionano a una temperatura più elevata.

Chu, un fisico e TLL Temple Chair of Science presso l'UH, ha detto che il record attuale per un superconduttore stabile ad alta temperatura, fissata dal suo gruppo nel 1994, è 164 Kelvin, o circa -164 Fahrenheit. Quel superconduttore è a base di mercurio; i materiali di bismuto testati per il nuovo lavoro sono meno tossici, e raggiungere inaspettatamente una temperatura di transizione superiore a 90 Kelvin, o circa -297 Fahrenheit, dopo il primo calo previsto a 70 Kelvin.

Il lavoro mira al principio ben consolidato secondo cui la temperatura di transizione di un superconduttore può essere prevista attraverso la comprensione della relazione tra quella temperatura e il drogaggio, un metodo per cambiare il materiale introducendo piccole quantità di un elemento che può cambiarne la proprietà o tra quella temperatura e la pressione fisica. Il principio sostiene che la temperatura di transizione aumenta fino a un certo punto e poi inizia a scendere, anche se il doping o la pressione continuano ad aumentare.

Liangzi Deng, un ricercatore del TcSUH che lavora con Chu e primo autore del documento, ha avuto l'idea di aumentare la pressione oltre i livelli precedentemente esplorati per vedere se la temperatura di transizione del superconduttore sarebbe aumentata di nuovo dopo essere scesa.

Ha funzionato. "Questo mostra davvero un nuovo modo per aumentare la temperatura di transizione del superconduttore, " disse. La pressione più alta ha cambiato la superficie di Fermi delle mescole testate, e Deng hanno detto che i ricercatori credono che la pressione cambi la struttura elettronica del materiale.

I campioni di superconduttore che hanno testato sono larghi meno di un decimo di millimetro; i ricercatori hanno affermato che era difficile rilevare il segnale superconduttore di un campione così piccolo dalle misurazioni della magnetizzazione, il test più definitivo per la superconduttività. Negli ultimi anni, Deng e i suoi colleghi del laboratorio di Chu hanno sviluppato una tecnica di misurazione della magnetizzazione ultrasensibile che consente loro di rilevare un segnale magnetico estremamente piccolo da un campione superconduttore sotto pressione superiore a 50 gigapascal.

Deng ha notato che in questi test, i ricercatori non hanno osservato un punto di saturazione, ovvero la temperatura di transizione continuerà ad aumentare all'aumentare della pressione.

Hanno testato diversi composti di bismuto noti per avere proprietà superconduttive e hanno scoperto che il nuovo metodo ha aumentato sostanzialmente la temperatura di transizione di ciascuno. I ricercatori hanno detto che non è chiaro se la tecnica funzionerà su tutti i superconduttori, anche se il fatto che abbia funzionato su tre diverse formulazioni offre una promessa.

Ma aumentare la superconduttività attraverso l'alta pressione non è pratico per le applicazioni del mondo reale. Il prossimo passo, Chu ha detto, sarà trovare un modo per ottenere lo stesso effetto con il doping chimico e senza pressioni.