Quando le persone immaginano "nuovi materiali, " in genere pensano alla chimica. Ma il fisico di UConn Ilya Sochnikov ha un altro suggerimento:la meccanica.

Sochnikov lavora con i superconduttori. I superconduttori sono materiali che lasciano fluire l'elettricità senza perdere energia. In un normale conduttore, diciamo, una linea elettrica:la corrente elettrica viene gradualmente ridotta dall'attrito e dalla perdita. Perdiamo fino al 90% dell'elettricità che generiamo in questo modo. Ma una corrente elettrica potrebbe fluire per sempre attraverso un circuito superconduttore, immutabile. Superconduttori pratici renderebbero reti elettriche e molti dispositivi, compresi i nuovi computer, molto più efficiente dal punto di vista energetico.

Chimici e metallurgisti sperimentano da anni diverse combinazioni di elementi, cercando di ottenere superconduttori che funzionino a temperature vicine alla temperatura ambiente (la maggior parte dei superconduttori funziona solo quando sono molto freddi). L'idea è di trovare la combinazione perfetta di elementi che abbiano esattamente la giusta densità di elettroni, alle giuste energie. Quando ciò accade, gli elettroni si accoppiano e si muovono attraverso il materiale in modo sincronizzato, anche a temperature superiori a 77 gradi Kelvin, che è la temperatura dell'azoto liquido. È considerato un superconduttore ad alta temperatura, perché l'azoto liquido è economico da produrre e può essere utilizzato come refrigerante. Ma trovare la giusta chimica per creare superconduttori ad alta temperatura nuovi e migliori è stato difficile.

Sochnikov e i suoi studenti la pensano diversamente. E se i cambiamenti meccanici come la compressione o l'allungamento potessero rendere un materiale un superconduttore? Cambiare la chimica significa in definitiva cambiare la disposizione degli atomi e degli elettroni in un materiale. Le sollecitazioni meccaniche possono fare la stessa cosa, in un altro modo.

Insieme agli studenti del Dipartimento di Fisica Chloe Herrera, Giona Cerbin, Don Davino, e Jacob Franklin, Sochnikov ha progettato una macchina per allungare un piccolo pezzo di superconduttore per vedere cosa sarebbe successo. Hanno scelto titanato di stronzio, un noto materiale utilizzato nelle applicazioni elettroniche high-tech come cristalli grandi e quasi perfetti, che diventa un superconduttore di circa 0,5 gradi Kelvin. È ridicolmente freddo, più freddo anche dell'elio liquido. Ma il titanato di stronzio si comporta in un modo molto strano quando fa così freddo. I suoi atomi si polarizzano; ciò significa che oscillano tutti in sincronia. Puoi immaginarli rimbalzare dolcemente su e giù, tutti insieme. Queste oscillazioni hanno la tendenza a collegare insieme gli elettroni, aiutandoli a muoversi in coppia:questo è probabilmente ciò che lo rende superconduttore.

Sochnikov e gli studenti del gruppo sapevano che lo stiramento del titanato di stronzio avrebbe cambiato il modo in cui i suoi atomi oscillavano. Quella, a sua volta, potrebbe cambiare il modo in cui gli elettroni si sono mossi. La macchina che allunga il cristallo è realizzata in rame per allontanare il calore dal cristallo. La maggior parte del resto delle lavorazioni è rivestita in oro per riflettere il calore dall'esterno. Utilizza tre cilindri per raffreddare il materiale; prima alla temperatura dell'azoto liquido (70K), poi elio liquido (4K), poi a una miscela bollente di elio-3 ed elio-4 (a causa di strani effetti quantistici, è persino più freddo del normale elio liquido:solo pochi millesimi di Kelvin! Molto vicino allo zero assoluto!)

L'intera configurazione è sospesa in un telaio in acciaio che galleggia su ammortizzatori, per evitare che eventuali vibrazioni del pavimento disturbino l'esperimento.

Quando Sochnikov, Herrera, Cerbin, Davide, e Franklin fece l'esperimento e guardò i risultati, hanno scoperto che il titanato di stronzio allungato diventa superconduttore a temperature del 40% superiori al normale. Questo è un enorme aumento, in percentuale. Credono che sia perché allungare il materiale rende più facile l'oscillazione degli atomi, incollando gli elettroni insieme più saldamente. Ora, stanno lavorando per calcolare cosa ha fatto la differenza, e prevede di testarlo in altri materiali nel prossimo futuro.

"Di solito controlliamo i materiali chimicamente. Qui, lo facciamo meccanicamente. Questo ci offre un altro strumento per avvicinare i superconduttori alla vita di tutti i giorni, e per scoprire nuove funzionalità, "dice Sočnikov.