In una sorprendente scoperta, un team internazionale di ricercatori, guidato da scienziati del Centro per i materiali quantistici dell'Università del Minnesota, hanno scoperto che le deformazioni nei materiali quantistici che causano imperfezioni nella struttura cristallina possono effettivamente migliorare le proprietà superconduttive ed elettriche del materiale.

Le scoperte rivoluzionarie potrebbero fornire nuove informazioni per lo sviluppo della prossima generazione di dispositivi elettronici e informatici basati sui quanti.

La ricerca è appena apparsa in Materiali della natura .

"I materiali quantistici hanno proprietà magnetiche ed elettriche insolite che, se compreso e controllato, potrebbe rivoluzionare praticamente ogni aspetto della società e consentire sistemi elettrici ad alta efficienza energetica e più veloci, dispositivi elettronici più precisi, " ha detto il coautore dello studio Martin Greven, un distinto professore di McKnight presso la School of Physics and Astronomy dell'Università del Minnesota e il direttore del Center for Quantum Materials. "La capacità di mettere a punto e modificare le proprietà dei materiali quantistici è fondamentale per i progressi sia nella ricerca fondamentale che nella tecnologia moderna".

La deformazione elastica dei materiali si verifica quando il materiale è sottoposto a sollecitazione ma ritorna alla sua forma originale una volta rimossa la sollecitazione. In contrasto, la deformazione plastica è il cambiamento non reversibile della forma di un materiale in risposta a una sollecitazione applicata o, più semplicemente, l'atto di comprimerlo o allungarlo fino a quando non perde la sua forma. La deformazione plastica è stata utilizzata da fabbri e ingegneri per migliaia di anni. Un esempio di materiale con un ampio intervallo di deformazione plastica è la gomma da masticare bagnata, che può essere allungato fino a decine di volte la sua lunghezza originale.

Mentre la deformazione elastica è stata ampiamente utilizzata per studiare e manipolare materiali quantistici, gli effetti della deformazione plastica non sono ancora stati esplorati. Infatti, la saggezza convenzionale porterebbe gli scienziati a credere che "spremere" o "allungare" i materiali quantistici possa rimuovere le loro proprietà più intriganti.

In questo nuovo studio pionieristico, i ricercatori hanno utilizzato la deformazione plastica per creare strutture di difetti periodici estesi in un materiale quantistico prominente noto come titanato di stronzio (SrTiO ₃ ). Le strutture dei difetti hanno indotto cambiamenti nelle proprietà elettriche e hanno potenziato la superconduttività.

"Siamo rimasti piuttosto sorpresi dai risultati", ha detto Greven. "Siamo entrati in questo pensando che le nostre tecniche avrebbero davvero rovinato il materiale. Non avremmo mai immaginato che queste imperfezioni avrebbero effettivamente migliorato le proprietà superconduttive dei materiali, che significa che, a temperature sufficientemente basse, potrebbe trasportare elettricità senza sprechi energetici."

Greven ha affermato che questo studio dimostra la grande promessa della deformazione plastica come strumento per manipolare e creare nuovi materiali quantistici. Può portare a nuove proprietà elettroniche, compresi i materiali con un alto potenziale di applicazioni nella tecnologia, Egli ha detto.

Greven ha anche affermato che il nuovo studio evidenzia il potere delle sonde di diffusione di raggi X e di neutroni all'avanguardia nel decifrare le complesse strutture dei materiali quantistici e di un approccio scientifico che combina esperimento e teoria.

"Gli scienziati possono ora utilizzare queste tecniche e strumenti per studiare migliaia di altri materiali, " ha detto Greven. "Mi aspetto che scopriremo tutti i tipi di nuovi fenomeni lungo la strada".

Oltre all'Università del Minnesota, il team comprendeva ricercatori dell'Università di Zagabria, Croazia; Università di Ariel, Israele; Università di Pechino, Pechino, Cina; Laboratorio Nazionale di Oak Ridge; e Laboratorio Nazionale Argonne.