Monossido di titanio (TiO2), un composto chimico inorganico, è un materiale che è sfuggito a uno studio approfondito da parte dei fisici a causa della scarsità di campioni di cristallo singolo di elevata purezza. Un team di ricercatori, anche se, è stato ora in grado di sintetizzare ed esaminare TiO di alta qualità e ha scoperto che questo materiale ha alcune proprietà sorprendenti.

Il gruppo di ricerca, che include scienziati di Yale, Università della Columbia Britannica, Università dell'Accademia cinese delle scienze, e il laboratorio nazionale di Brookhaven, scopre che TiO agisce come un superconduttore, un materiale in grado di trasportare elettroni senza resistenza, a una temperatura vicina a meno 273 gradi Celsius. La superconduttività lo distingue dagli altri materiali della famiglia del monossido. I risultati sono pubblicati in Progressi scientifici .

"Il fatto che sia un superconduttore è sorprendente, perché la superconduttività è rara negli ossidi con un solo ossigeno per atomo di metallo, " ha detto il co-autore Sangjae Lee, uno studente laureato nel laboratorio di Charles Ahn, il John C. Malone Professore di Fisica Applicata e presidente di dipartimento. "Troviamo che è molto vicino al comportamento superconduttore del titanio stesso".

TiO è costituito da un singolo ossigeno che si lega tra gli atomi di titanio. Il pensiero convenzionale prevede che il legame tra titanio e ossigeno sia responsabile di gran parte dell'interessante fisica del materiale, ma uno sguardo più attento rivela che il titanio stesso è un fattore chiave per le proprietà elettroniche.

Uno dei motivi per cui il TiO non è stato studiato di più è perché è così difficile ottenere campioni di alta qualità. Utilizzando un metodo di crescita del materiale noto come epitassia a fascio molecolare, però, il team di ricerca è in grado di sintetizzare un campione di elevata purezza del materiale da studiare.

"Rispetto ad altri metodi di crescita, l'epitassia del fascio molecolare è abbastanza flessibile da stabilizzare fasi che non possono essere sintetizzate in nessun altro modo, " ha detto Lee.

Una volta ottenuto un campione di elevata purezza, hanno usato una serie di tecniche sperimentali e teoriche per studiarlo e acquisire informazioni sul suo comportamento e struttura elettronici.

"Combinando tutti i dati sperimentali con la teoria, siamo in grado di determinare che il comportamento superconduttore molto interessante deriva dalla natura del legame titanio-titanio in questo materiale.

Ora che hanno sintetizzato TiO, Lee ha affermato che esistono numerosi percorsi per chiarire la relazione tra la struttura e il comportamento elettronico di altre classi simili di materiali di ossido superconduttore.

"Rivela molte direzioni importanti che la comunità può prendere, " Egli ha detto.