Ricercatori in Francia e Giappone hanno dimostrato un tipo teorico di superconduttività non convenzionale in un materiale a base di uranio, secondo uno studio pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica .

Usando una pressione molto alta e un campo magnetico, il team ha dimostrato che il materiale a base di uranio UBe13 mostra una superconduttività tripletta. Questo è un fenomeno in cui gli elettroni formano coppie in uno stato di spin parallelo. Nei materiali superconduttori convenzionali, gli elettroni di spin opposti si accoppiano, annullando efficacemente le rotazioni reciproche.

"Fino ad ora, ci sono stati pochissimi esempi chiari di superconduttività tripletta, anche se nel secolo scorso sono stati scoperti numerosi superconduttori in vari sistemi metallici, ", afferma Yusei Shimizu, scienziato dei materiali dell'Università di Tohoku. "I nostri esperimenti di pressione a basse temperature hanno fornito una forte evidenza della superconduttività delle triplette di spin in UBe13".

Materiali che diventano superconduttori, spesso a basse temperature, consentono all'elettricità di attraversarli praticamente senza resistenza, minimizzare la perdita di energia nel processo. Questo fenomeno, scoperto inizialmente in alcuni metalli puri, è stato trovato in un'incredibile varietà di sistemi diversi. Tra questi, UBe13 è stato uno dei primi superconduttori "fermioni pesanti" scoperti. Gli elettroni nei composti metallici di fermioni pesanti sembrano essere 1, 000 volte più massicci degli elettroni nei metalli ordinari.

Con la nuova intuizione, gli scienziati possono ora spiegare cosa succede nell'enigmatico materiale di uranio UBe13 su scala atomica e come agisce come un superconduttore spin-tripletto nei campi magnetici.

Un team dell'Université Grenoble Alpes in Francia e dell'Università di Tohoku in Giappone ha misurato la superconduttività di UBe13 sotto diverse alte pressioni a temperature molto basse (Figure). Hanno scoperto che lo stato superconduttore in questo materiale è spiegato con successo da un modello teorico in cui gli elettroni formano le cosiddette coppie di Cooper con spin paralleli.

Questo accade come uno "stato fondamentale superconduttore non convenzionale" a pressioni ambiente e alte fino a sei gigapascal. Per confronto, i diamanti si sciolgono utilizzando un laser ad alta energia a una pressione di 1,5 gigapascal. Questo particolare stato superconduttore spiega con successo la natura molto sconcertante dei superconduttori tripletti a base di uranio sotto campi magnetici elevati.

Attualmente, i superconduttori richiedono temperature molto basse per le massime prestazioni, quindi sono utilizzati principalmente nelle macchine per la risonanza magnetica e negli acceleratori di particelle. Comprendere come i vari materiali conducono l'elettricità su scala atomica potrebbe portare a una gamma più ampia di applicazioni.

Oltre a dimostrare la superconduttività del tripletto, i ricercatori fanno notare che UBe13 potrebbe aiutare a rispondere a domande più generali. Per esempio, le eccitazioni superficiali di UBe13 potrebbero essere adatte ai fisici per osservare particelle teoriche chiamate fermioni di Majorana, un tipo esotico di particella composita che è la sua stessa antiparticella e che potrebbe rivoluzionare l'informatica quantistica in futuro.