Calcoli eseguiti da un team internazionale di ricercatori spagnoli, Italia, Francia, Germania, e il Giappone mostrano che la struttura cristallina del composto LaH10 superconduttore record è stabilizzata dalle fluttuazioni quantistiche atomiche. Questo risultato suggerisce che la superconduttività che si avvicina alla temperatura ambiente può essere possibile nei composti ricchi di idrogeno a pressioni molto più basse di quanto previsto in precedenza con i calcoli classici. I risultati sono pubblicati oggi in Natura .

Raggiungere la superconduttività a temperatura ambiente è uno dei più grandi sogni della fisica. La sua scoperta porterebbe a una rivoluzione tecnologica fornendo il trasporto elettrico senza perdite, motori o generatori elettrici ultra efficienti, oltre alla possibilità di creare enormi campi magnetici senza raffreddamento. Le recenti scoperte della superconduttività prima a 200 kelvin nell'idrogeno solforato e successivamente a 250 kelvin in LaH10 hanno stimolato l'attenzione su questi materiali, portando speranze di raggiungere presto la temperatura ambiente. È ormai chiaro che i composti ricchi di idrogeno possono essere superconduttori ad alta temperatura. Almeno ad alte pressioni:entrambe le scoperte sono state fatte sopra i 100 gigapascal, un milione di volte la pressione atmosferica.

I 250 kelvin (-23ºC) ottenuti in LaH10, la normale temperatura alla quale funzionano i congelatori domestici, è la temperatura più calda per la quale sia mai stata osservata la superconduttività. La possibilità di superconduttività ad alta temperatura in LaH10, un superidruro formato da lantanio e idrogeno, è stato anticipato dalle previsioni della struttura cristallina nel 2017. Questi calcoli hanno suggerito che sopra i 230 gigapascal un composto LaH10 altamente simmetrico (gruppo spaziale Fm-3m), con una gabbia di idrogeno che racchiude gli atomi di lantanio (vedi figura), si formerebbe. È stato calcolato che questa struttura si distorcerebbe a pressioni più basse, rompendo il modello altamente simmetrico. Però, gli esperimenti eseguiti nel 2019 sono stati in grado di sintetizzare il composto altamente simmetrico a pressioni molto più basse, da 130 e 220 gigapascal, e per misurare la superconduttività intorno a 250 kelvin in questo intervallo di pressione. La struttura cristallina del superconduttore record, e quindi la sua superconduttività, rimasto quindi non del tutto chiaro.

Ora, grazie ai nuovi risultati pubblicati in Natura , sappiamo che le fluttuazioni quantistiche atomiche "incollano" la struttura simmetrica di LaH10 in tutto l'intervallo di pressione in cui è stata osservata la superconduttività. Più in dettaglio, i calcoli mostrano che se gli atomi sono trattati come particelle classiche, questo è, come semplici punti nello spazio, molte distorsioni della struttura tendono ad abbassare l'energia del sistema. Ciò significa che il panorama energetico classico è molto complesso, con molti minimi (vedi figura), come un materasso molto deformato perché molte persone ci stanno sopra. Però, quando gli atomi sono trattati come oggetti quantistici, che sono descritti con una funzione d'onda delocalizzata, il panorama energetico è completamente ridisegnato:solo un minimo è evidente (vedi figura), che corrisponde alla struttura altamente simmetrica Fm-3m. In qualche modo, gli effetti quantistici eliminano tutti nel materasso tranne una persona, che deforma il materasso in un solo punto.

Per di più, le stime della temperatura critica utilizzando il panorama energetico quantistico concordano in modo soddisfacente con l'evidenza sperimentale. Ciò supporta ulteriormente la struttura ad alta simmetria Fm-3m come responsabile del record superconduttore.