Un singolo risultato di misurazione non è una prova:questo è stato dimostrato più e più volte nella scienza. Possiamo davvero fare affidamento su un risultato di ricerca solo quando è stato misurato più volte, preferibilmente da diversi gruppi di ricerca, in modi leggermente diversi. In questo modo, gli errori di solito possono essere rilevati prima o poi.

Però, un nuovo studio del Prof. Andrej Pustogow dell'Istituto di fisica dello stato solido della TU Wien insieme ad altri gruppi di ricerca internazionali mostra che a volte questo può richiedere molto tempo. L'indagine sul rutenato di stronzio, un materiale che svolge un ruolo importante nella superconduttività non convenzionale, ha ora smentito un esperimento diventato famoso negli anni '90, quando si credeva che fosse stata scoperta una nuova forma di superconduttività. Come risulta ora, però, il materiale si comporta in modo molto simile ad altri noti superconduttori ad alta temperatura. Tuttavia, questo è un importante passo avanti per la ricerca.

Due particelle con spin accoppiato

La superconduttività è uno dei grandi misteri della fisica dello stato solido:alcuni materiali perdono completamente la loro resistenza elettrica alle basse temperature. Questo effetto non è ancora completamente compreso. Ciò che è certo, però, è che le cosiddette "coppie Cooper" svolgono un ruolo centrale nella superconduttività.

In un metallo normale, la corrente elettrica è costituita da singoli elettroni che si scontrano tra loro e con gli atomi di metallo. In un superconduttore, gli elettroni si muovono in coppia. "Questo cambia radicalmente la situazione, " spiega Pustogow. "È simile alla differenza tra una folla in un'affollata via dello shopping e il movimento apparentemente senza sforzo di una coppia che balla sulla pista da ballo." Quando gli elettroni sono legati nelle coppie Cooper, non perdono energia per dispersione e si muovono attraverso il materiale senza alcun disturbo. La domanda cruciale è:quali condizioni portano a questa formazione di coppie Cooper?

"Dal punto di vista della fisica quantistica, l'importante è lo spin di questi due elettroni, " dice Pustogow. Lo spin è il momento magnetico di un elettrone e può puntare sia "su" che "giù". Nelle coppie di Cooper, però, si verifica un accoppiamento:in uno stato 'singlet', lo spin di un elettrone punta verso l'alto e quello dell'altro elettrone verso il basso. I momenti magnetici si annullano a vicenda e lo spin totale della coppia è sempre zero.

Però, questa regola, che seguono quasi tutti i superconduttori, sembrava essere rotto dalle coppie Cooper in stronzio rutenato (Sr ₂ RuO ₄ ). Nel 1998, sono stati pubblicati risultati che indicavano coppie di Cooper in cui gli spin di entrambi gli elettroni puntano nella stessa direzione (quindi si tratta di una cosiddetta "tripletta di spin"). "Ciò consentirebbe applicazioni completamente nuove, " spiega Pustogow. "Tali coppie di triplette Cooper non avrebbero più una rotazione totale pari a zero. Ciò consentirebbe loro di essere manipolati con campi magnetici e utilizzati per trasportare informazioni senza perdita, che sarebbe interessante per la spintronica e i possibili computer quantistici".

Ciò ha suscitato molto scalpore, anche perché il rutenato di stronzio era considerato un materiale particolarmente importante per la ricerca sulla superconduttività anche per altri motivi:la sua struttura cristallina è identica a quella dei cuprati, che mostrano superconduttività ad alta temperatura. Mentre questi ultimi sono deliberatamente drogati con "impurità" per rendere possibile la superconduttività, Sr ₂ RuO ₄ è già superconduttore nella sua forma pura.

Nuova misurazione, nuovo risultato

"In realtà, abbiamo studiato questo materiale per un motivo completamente diverso, " dice Pustogow. "Ma nel processo, ci siamo resi conto che queste vecchie misurazioni non potevano essere corrette." Nel 2019, il team internazionale è stato in grado di dimostrare che il presunto effetto di spin esotico era solo un artefatto di misurazione:la temperatura misurata non corrispondeva alla temperatura effettiva del campione studiato; infatti, il campione studiato all'epoca non era affatto superconduttore. Con questa consapevolezza in mente, la superconduttività del materiale è stata ora riesaminata con grande precisione. I nuovi risultati mostrano chiaramente che il rutenato di stronzio non è un superconduttore tripletto. Piuttosto, le proprietà corrispondono a quanto già noto dai cuprati.

Però, Pustogow non trova questo deludente:"È un risultato che porta la nostra comprensione della superconduttività ad alta temperatura in questi materiali un altro passo avanti. La scoperta che il rutenato di stronzio mostra un comportamento simile ai cuprati significa due cose:da un lato, mostra che non abbiamo a che fare con un esotico, nuovo fenomeno, e d'altra parte significa anche che abbiamo a disposizione un nuovo materiale, in cui possiamo studiare fenomeni già noti." Il rutenato di stronzio ultrapuro è più adatto a questo rispetto ai materiali precedentemente noti. Offre un campo di prova molto più pulito rispetto ai cuprati.

Inoltre, si impara anche qualcosa sull'affidabilità del vecchio, pubblicazioni generalmente accettate:"In realtà, si potrebbe pensare che i risultati nella fisica dello stato solido difficilmente possano essere sbagliati, "dice Pustogow. "Mentre sei in medicina potresti doverti accontentare di alcuni topi di laboratorio o di un campione di mille soggetti di prova, esaminiamo miliardi di miliardi (circa 10 ¹⁹ ) elettroni in un singolo cristallo. Ciò aumenta l'affidabilità dei nostri risultati. Ma ciò non significa che ogni risultato sia completamente corretto. Come ovunque nella scienza, riprodurre i risultati precedenti è indispensabile nel nostro campo, e lo è anche falsificarli".