Figura 1:Gli elettroni (lilla) interagiscono fortemente tra loro mentre si muovono attraverso lo strato di NiO2 di un materiale nichelato, che potrebbe fungere da modello per la superconduttività ad alta temperatura (nichel =grigio, ossigeno =rosso). (Immagine prodotta da Mari Ishida del RIKEN Center for Emergent Matter Science.). Credito:RIKEN Center for Emergent Matter Science
La caccia ai superconduttori ad alta temperatura potrebbe essere aiutata dai calcoli dei fisici RIKEN che hanno rivelato il comportamento degli elettroni in un materiale di ossido di nichel.
I superconduttori possono trasportare una corrente elettrica senza resistenza, e vengono utilizzati per realizzare potenti elettromagneti o strumenti sensibili per la misurazione dei campi magnetici.
La superconduttività convenzionale dipende da una forma di accoppiamento elettronico che si verifica solo a temperature estremamente basse, quindi i dispositivi superconduttori devono essere raffreddati con costosi gas liquefatti. Ma circa 30 anni fa, i ricercatori hanno scoperto che alcuni materiali cuprati potrebbero diventare superconduttori a temperature relativamente calde, fino a -140 gradi Celsius. La causa alla base di questa superconduttività ad alta temperatura non è ancora stata compresa.
Nel 2019, ricercatori hanno scoperto che un ossido di nichel al neodimio drogato con stronzio (Nd 0.8 Sr 0.2 NiO 2 ) potrebbe supercondurre al di sotto di -258 gradi Celsius. La scoperta ha attirato l'attenzione non a causa della temperatura, ma poiché questo materiale nichelato ha una struttura cristallina molto simile ai cuprati, e può servire come banco di prova per capire meglio come funziona la superconduttività in questi materiali.
Il materiale nichelato è costituito da strati alternati di Nd e NiO 2 . Yusuke Nomura del RIKEN Center for Emergent Matter Science e colleghi hanno ora studiato come le interazioni tra alcuni elettroni in questi due strati potrebbero influenzare la superconduttività.
I calcoli del team hanno mostrato che gli elettroni nel NiO 2 strato interagiscono fortemente tra loro, che è simile ai cuprati dove la forte correlazione nel CuO 2 si ritiene che lo strato svolga un ruolo chiave nella loro superconduttività ad alta temperatura. Però, c'è differenza tra i nichelati e i cuprati:nei nichelati, gli elettroni nello strato di neodimio sono parzialmente occupati e formano la tasca di Fermi, una regione relativamente piccola nella zona di Brillouin circondata dalla superficie di Fermi. Queste tasche non appaiono nei cuprati, che può rendere il materiale nichelato un analogo imperfetto per i cuprati.
Il team di Nomura ha utilizzato modelli computazionali per studiare se le tasche potrebbero essere eliminate modificando la composizione chimica del materiale e quindi creare un nichelato che si adatta meglio ai cuprati. Hanno scoperto che due composti potevano andare bene:l'ossido di nichel al neodimio di sodio (NaNd 2 NiO 4 ) e ossido di sodio calcio nichel (NaCa 2 NiO 3 ). "Se i nichelati proposti sono sintetizzati, saranno veri e propri analoghi al nichel dei superconduttori cuprati, "Nomura note.
"La fase successiva è chiarire la differenza e la somiglianza tra i nichelati e i cuprati in modo più sistematico, e ottenere una visione più approfondita del meccanismo superconduttore in entrambi i sistemi, " Aggiunge.
