Gli scienziati della Tokyo Metropolitan University hanno creato un nuovo materiale superconduttore a strati con uno strato conduttore di bismuto, d'argento, lattina, zolfo e selenio. Lo strato conduttore presenta quattro distinti sottostrati; introducendo più elementi, sono stati in grado di ottenere una personalizzazione senza precedenti e una "temperatura critica" più elevata al di sotto della quale si osserva la superconduttività, un obiettivo chiave della ricerca sui superconduttori. La loro strategia di progettazione può essere applicata per progettare materiali superconduttori nuovi e migliorati.

Una volta una curiosità accademica, i superconduttori sono ormai all'avanguardia delle vere innovazioni tecnologiche. I magneti superconduttori si vedono nelle macchine per risonanza magnetica di tutti i giorni, acceleratori di particelle per cure mediche, per non parlare del nuovo treno maglev Chuo Shinkansen che collega Tokyo a Nagoya attualmente in costruzione. Recentemente, è stata studiata un'intera nuova classe di strutture superconduttrici "a strati", costituito da strati alternati di strati cristallini bidimensionali superconduttori e isolanti. In particolare, la personalizzazione del sistema ha suscitato particolare interesse alla luce del suo potenziale per creare dispositivi termoelettrici ultra efficienti e una classe completamente nuova di materiali superconduttori "ad alta temperatura".

Un team guidato dal Professore Associato Yoshikazu Mizuguchi della Tokyo Metropolitan University ha recentemente creato un superconduttore a strati a base di solfuro di bismuto; il loro lavoro ha già rivelato nuove proprietà termoelettriche e un'elevata "temperatura critica" al di sotto della quale si osserva la superconduttività. Ora, lavorando con un team dell'Università di Yamanashi, hanno adottato una versione multistrato del sistema, dove lo strato conduttore è costituito da quattro strati atomici, e ha iniziato a scambiare piccole proporzioni di diverse specie atomiche per sondare come cambia il materiale.

Partendo da uno strato conduttore di bismuto, argento e zolfo, hanno provato a sostituire parte dell'argento con lo stagno. Variando la quantità di argento, sono stati in grado di aumentare la temperatura critica da 0,5 K a oltre 2,0 K. interessante, hanno scoperto che questo era accompagnato dalla scomparsa di un'anomalia nella sua resistività a temperature significativamente più elevate. Sebbene la ragione di ciò non sia ancora stata compresa, è evidente che l'aggiunta di stagno ha modificato notevolmente la struttura elettronica del materiale. Per di più, hanno preso il loro bismuto migliore, d'argento, zolfo e stagno e sostituì parte dello zolfo al selenio, una modifica nota per migliorare le proprietà superconduttive nel loro materiale originale di solfuro di bismuto. Non solo hanno aumentato ulteriormente la temperatura critica a 3.0K, hanno scoperto che la risposta ai campi magnetici mostrava segni di superconduttività "di massa", fornendo una chiara prova che potevano effettivamente accedere sia ai vantaggi della ridotta dimensionalità che dei materiali sfusi.

Modificando la composizione e il numero di strati, il team ritiene di essere sul punto di realizzare un'ingegneria dal basso verso l'alto di nuovi, materiali superconduttori a base di solfuro di bismuto su misura.