I diamanti hanno un solido punto d'appoggio nel nostro lessico. Le loro numerose proprietà spesso fungono da superlativi per la qualità, chiarezza e robustezza. A parte la popolarità di questo materiale raro nell'uso ornamentale e decorativo, queste pietre preziose sono anche molto apprezzate nell'industria dove vengono utilizzate per tagliare e lucidare altri materiali duri e costruire rilevatori di radiazioni.

Più di un decennio fa, una nuova proprietà è stata scoperta nei diamanti quando vengono introdotte alte concentrazioni di boro:la superconduttività. La superconduttività si verifica quando due elettroni con spin opposto formano una coppia (chiamata coppia di Cooper), con conseguente resistenza elettrica del materiale pari a zero. Ciò significa che una grande supercorrente può fluire nel materiale, portando con sé il potenziale per applicazioni tecnologiche avanzate. Ancora, poco lavoro è stato fatto da allora per indagare e caratterizzare la natura della superconduttività di un diamante e quindi le sue potenziali applicazioni.

Nuova ricerca guidata dal professor Somnath Bhattacharyya nel Nano-Scale Transport Physics Laboratory (NSTPL) della School of Physics dell'Università del Witwatersrand a Johannesburg, Sud Africa, dettaglia il fenomeno di quella che viene chiamata "superconduttività tripletta" nel diamante. La superconduttività tripletta si verifica quando gli elettroni si muovono in uno stato di spin composito piuttosto che come una singola coppia. Questo è estremamente raro, ma efficiente forma di superconduttività che fino ad ora era nota solo in uno o due altri materiali, e solo teoricamente in diamanti.

"In un materiale superconduttore convenzionale come l'alluminio, la superconduttività viene distrutta da campi magnetici e impurità magnetiche, tuttavia la superconduttività tripletta in un diamante può esistere anche se combinata con materiali magnetici. Ciò porta a un funzionamento più efficiente e multifunzionale del materiale, " spiega Bhattacharyya.

Il lavoro del team è stato recentemente pubblicato in un articolo sul Nuovo Giornale di Fisica , intitolato "Effetti dell'accoppiamento Rashba-spin-orbita su film di diamante nanocristallino drogato con boro superconduttore:evidenza di superconduttività di tripletta interfacciale". Questa ricerca è stata condotta in collaborazione con l'Università di Oxford (Regno Unito) e Diamond Light Source (Regno Unito). Attraverso queste collaborazioni, è stato possibile visualizzare una bella disposizione atomica di cristalli di diamante e interfacce che non sono mai state viste prima, supportando le prime affermazioni sulla superconduttività "tripletta".

La prova pratica della superconduttività di triplette nei diamanti è arrivata con molta eccitazione per Bhattacharyya e il suo team. "Stavamo lavorando anche il giorno di Natale, eravamo così eccitati, "dice Davie Mtsuko.

"Questo è qualcosa che non è mai stato rivendicato prima in un diamante, " aggiunge Christopher Coleman. Sia Mtsuko che Coleman sono coautori del documento.

Nonostante la reputazione dei diamanti come risorsa estremamente rara e costosa, possono essere fabbricati in un laboratorio utilizzando un'attrezzatura specializzata chiamata camera di deposizione di vapore. La Wits NSTPL ha sviluppato la propria camera di deposizione al plasma che consente loro di coltivare diamanti di qualità superiore al normale, rendendoli ideali per questo tipo di ricerca avanzata.

Questa scoperta amplia i potenziali usi del diamante, che è già ben considerato come un materiale quantistico. "Tutta la tecnologia convenzionale si basa su semiconduttori associati alla carica degli elettroni. Finora, abbiamo una discreta comprensione di come interagiscono, e come controllarli. Ma quando abbiamo il controllo su stati quantistici come la superconduttività e l'entanglement, c'è molta più fisica per la carica e la rotazione degli elettroni, e questo arriva anche con nuove proprietà, " dice Bhattacharyya. "Con la nuova ondata di materiali superconduttori come il diamante, la tecnologia tradizionale al silicio può essere sostituita da soluzioni convenienti e a basso consumo energetico."

L'induzione della superconduttività tripletta nel diamante è importante non solo per le sue potenziali applicazioni. Parla alla nostra comprensione fondamentale della fisica. "Finora, la superconduttività tripletta esiste principalmente in teoria, e il nostro studio ci dà l'opportunità di testare questi modelli in modo pratico, "dice Bhattacharyya.