A sinistra:schema delle correnti elettriche spontanee indotte dalla superconduttività in Sr2RuO4. A destra:struttura cristallina di Sr2RuO4. Credito:© MPI CPfS
La superconduttività è una perdita completa di resistenza elettrica. I superconduttori non sono solo metalli molto buoni:rappresentano uno stato elettronico fondamentalmente diverso. Nei metalli normali, gli elettroni si muovono individualmente, e si scontrano con difetti e vibrazioni nel reticolo. Nei superconduttori, gli elettroni sono legati tra loro da una forza attrattiva, che consente loro di muoversi insieme in modo correlato ed evitare difetti.
In un numero molto limitato di superconduttori noti, l'inizio della superconduttività fa fluire correnti elettriche spontanee. Queste correnti sono molto diverse da quelle di un normale filo metallico:sono incorporate nello stato fondamentale del superconduttore, e quindi non possono essere spenti. Per esempio, in un foglio di materiale superconduttore, potrebbero apparire correnti che scorrono intorno al bordo, come mostrato in figura.
Questa è una forma molto rara di superconduttività, e indica sempre che l'interazione attraente è qualcosa di insolito. Sr 2 RuO 4 è un materiale famoso in cui si pensa che si verifichi questo tipo di superconduttività. Sebbene la temperatura di transizione sia bassa—Sr 2 RuO 4 superconduttori solo al di sotto di 1,5 Kelvin:il motivo per cui è superconduttore è completamente sconosciuto. Spiegare la superconduttività in questo materiale è diventato un test importante per la comprensione della superconduttività da parte dei fisici in generale. Teoricamente, è molto difficile ottenere correnti spontanee in Sr 2 RuO 4 da modelli standard di superconduttività, e quindi, se vengono confermati, potrebbe essere necessario un nuovo modello per la superconduttività, una forza attrattiva che non si vede in altri materiali.
Il modo in cui vengono rilevate queste correnti elettriche è sottile. Le particelle subatomiche note come muoni vengono impiantate nel campione. Lo spin di ogni muone quindi precede in qualunque campo magnetico esista nel sito di arresto del muone. In effetti, i muoni agiscono come rivelatori sensibili di campo magnetico, che può essere posizionato all'interno del campione. Da tali esperimenti di impianto di muoni è stato scoperto che i campi magnetici spontanei compaiono quando Sr 2 RuO 4 diventa superconduttore, che mostra che ci sono correnti elettriche spontanee.
Però, perché il segnale è sottile, i ricercatori si sono chiesti se sia effettivamente reale. L'inizio della superconduttività è un cambiamento importante nelle proprietà elettroniche di un materiale, e forse questo sottile segnale aggiuntivo è apparso perché l'apparato di misurazione non era sintonizzato correttamente.
In questo lavoro, ricercatori del Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids, l'Università Tecnica di Dresda, e il Paul Scherrer Institute (Svizzera) hanno dimostrato che quando si applica una pressione uniassiale a Sr 2 RuO 4 , le correnti spontanee si manifestano a una temperatura inferiore alla superconduttività. In altre parole, la transizione si divide in due:prima superconduttività, poi correnti spontanee. Questa scissione non è stata chiaramente dimostrata in nessun altro materiale, ed è importante perché mostra definitivamente che il secondo passaggio è reale. Le correnti spontanee devono essere spiegate scientificamente, non come conseguenza di una misurazione imperfetta. Ciò potrebbe richiedere una riscrittura importante della nostra comprensione della superconduttività.
