Fisici dell'Università di Bath nel Regno Unito, in collaborazione con ricercatori statunitensi, hanno scoperto un nuovo meccanismo per consentire al magnetismo e alla superconduttività di coesistere nello stesso materiale. Fino ad ora, gli scienziati potevano solo immaginare come potesse essere possibile questa insolita coesistenza. La scoperta potrebbe portare ad applicazioni nelle tecnologie dell'energia verde e nello sviluppo di dispositivi superconduttori, come l'hardware del computer di nuova generazione.

Di regola, la superconduttività (la capacità di un materiale di far passare una corrente elettrica con perfetta efficienza) e il magnetismo (visto all'opera nei magneti da frigo) sono pessimi compagni di letto perché l'allineamento delle minuscole particelle magnetiche elettroniche nei ferromagneti porta generalmente alla distruzione delle coppie di elettroni responsabili per la superconduttività. Nonostante questo, i ricercatori di Bath hanno scoperto che il superconduttore a base di ferro RbEuFe4As4, che è superconduttore al di sotto di -236°C, mostra sia superconduttività che magnetismo al di sotto di -258°C.

ricercatore post-laurea in fisica David Collomb, che ha condotto la ricerca, ha spiegato:"C'è uno stato in alcuni materiali in cui, se li prendi veramente freddo, significativamente più freddo dell'Antartico, diventano superconduttori. Ma per portare questa superconduttività in applicazioni di livello successivo, il materiale deve mostrare coesistenza con proprietà magnetiche. Questo ci permetterebbe di sviluppare dispositivi funzionanti su un principio magnetico, come la memoria magnetica e il calcolo che utilizzano materiali magnetici, per godere anche dei benefici della superconduttività.

"Il problema è che la superconduttività di solito si perde quando si accende il magnetismo. Per molti decenni, gli scienziati hanno cercato di esplorare una serie di materiali che hanno entrambe le proprietà in un unico materiale, e gli scienziati dei materiali hanno recentemente avuto un certo successo fabbricando una manciata di tali materiali. Però, finché non si capisce perché la convivenza è possibile, la caccia a questi materiali non può essere fatta con un pettine così sottile.

"Questa nuova ricerca ci dà un materiale che ha un ampio intervallo di temperature in cui coesistono questi fenomeni, e questo ci permetterà di studiare l'interazione tra magnetismo e superconduttività più da vicino e con grande dettaglio. Auspicabilmente, questo ci consentirà di identificare il meccanismo attraverso il quale può verificarsi questa coesistenza".

In uno studio pubblicato su Lettere di revisione fisica , il team ha studiato il comportamento insolito di RbEuFe4As4 creando mappe del campo magnetico di un materiale superconduttore quando la temperatura si abbassava. Con loro sorpresa, hanno trovato che i vortici (i punti nel materiale superconduttore dove penetra il campo magnetico) hanno mostrato un pronunciato allargamento vicino alla temperatura di -258°C, indicando una forte soppressione della superconduttività all'accensione del magnetismo.

Queste osservazioni concordano con un modello teorico recentemente proposto dal Dr. Alexei Koshelev all'Argonne National Laboratory negli USA. Questa teoria descrive la soppressione della superconduttività da parte delle fluttuazioni magnetiche dovute agli atomi di europio (Eu) nei cristalli. Qui, la direzione magnetica di ogni atomo di Eu inizia a fluttuare e ad allinearsi con gli altri, quando il materiale scende al di sotto di una certa temperatura. Questo fa sì che il materiale diventi magnetico. I ricercatori di Bath concludono che mentre la superconduttività è considerevolmente indebolita dall'effetto magnetico, non è completamente distrutto.

"Questo suggerisce che nel nostro materiale, il magnetismo e la superconduttività sono tenuti separati l'uno dall'altro nei propri sub-reticoli, che interagiscono solo in minima parte, " disse il signor Collomb.

"Questo lavoro fa avanzare in modo significativo la nostra comprensione di questi rari fenomeni coesistenti e potrebbe portare a possibili applicazioni nei dispositivi superconduttori del futuro. Darà origine a una caccia più profonda nei materiali che mostrano sia la superconduttività che il magnetismo. Speriamo che incoraggi anche i ricercatori in più campi applicativi per prendere alcuni di questi materiali e ricavarne i dispositivi informatici di prossima generazione.

"Auspicabilmente, la comunità scientifica entrerà gradualmente in un'era in cui si passerà dalla ricerca del cielo blu alla realizzazione di dispositivi con questi materiali. In un decennio o giù di lì, potremmo vedere prototipi di dispositivi che utilizzano questa tecnologia che fanno un vero lavoro".

I collaboratori americani per questo progetto sono stati l'Argonne National Laboratory, Hofstra University e Northwestern University.