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Un team guidato dai ricercatori di Twin Cities dell'Università del Minnesota ha scoperto come sottili cambiamenti strutturali nel titanato di stronzio, un semiconduttore di ossido di metallo, possono alterare la resistenza elettrica del materiale e influenzare le sue proprietà superconduttive.
La ricerca può aiutare a guidare gli esperimenti futuri e la progettazione di materiali relativi alla superconduttività e alla creazione di semiconduttori più efficienti per varie applicazioni di dispositivi elettronici. Lo studio è pubblicato in Science Advances .
Il titanato di stronzio è stato nel radar degli scienziati negli ultimi 60 anni perché mostra molte proprietà interessanti. Per uno, diventa un superconduttore, cioè conduce l'elettricità senza intoppi senza resistenza, a basse temperature e basse concentrazioni di elettroni. Subisce anche un cambiamento di struttura a 110 Kelvin (-262 gradi Fahrenheit), il che significa che gli atomi nella sua struttura cristallina cambiano la loro disposizione. Tuttavia, gli scienziati stanno ancora discutendo su cosa causi esattamente la superconduttività in questo materiale a livello microscopico o cosa succede quando la sua struttura cambia.
In questo studio, il team guidato dall'Università del Minnesota è stato in grado di fare luce su questi problemi.
Utilizzando una combinazione di sintesi dei materiali, analisi e modelli teorici, i ricercatori hanno scoperto che il cambiamento strutturale all'interno del titanato di stronzio influisce direttamente sul modo in cui la corrente elettrica scorre attraverso il materiale. Hanno anche rivelato come piccoli cambiamenti nelle concentrazioni di elettroni nel materiale influenzino la sua superconduttività. Queste intuizioni alla fine informeranno la ricerca futura su questo materiale, inclusa la ricerca sulle sue proprietà superconduttive uniche.
"La spina dorsale della vita umana si basa sulla scoperta di nuove proprietà nei materiali e scienziati e ingegneri possono utilizzare tali proprietà per creare nuovi dispositivi e tecnologie", ha affermato Bharat Jalan, autore principale e professore associato e presidente della Shell presso l'Università del Minnesota Twin Dipartimento Città di Ingegneria Chimica e Scienza dei Materiali. "Ciò che questo studio mostra è una connessione tra la superconduttività e la struttura materiale nel titanato di stronzio. Ma forse ancora più importante, mostra che un approccio collaborativo è essenziale per affrontare problemi complessi nella scienza e nell'ingegneria."
Uno dei motivi principali per cui i ricercatori sono stati in grado di fare questa scoperta è stato il fatto che sono stati in grado di sintetizzare un materiale di titanato di stronzio che era estremamente "pulito", il che significa che conteneva pochissime impurità. Per fare ciò, hanno utilizzato una tecnica chiamata epitassia a fascio molecolare ibrido (MBE), un approccio sperimentato dal laboratorio di Jalan.
Poiché il materiale era così pulito, i ricercatori sono stati in grado di effettuare osservazioni inedite sul titanato di stronzio. Attraverso la modellazione teorica, i ricercatori sono stati in grado di collegare le proprietà macroscopiche osservate sperimentalmente con il comportamento microscopico degli elettroni.
"La risposta osservata delle proprietà superconduttive a piccoli cambiamenti nella densità degli elettroni fornisce nuovi pezzi nel puzzle in corso della superconduttività nel titanato di stronzio", ha detto il professore della University of Minnesota School of Physics and Astronomy e autore di contributi Rafael Fernandes, il cui gruppo ha gestito il aspetto di modellizzazione teorica della ricerca.
Questa ricerca è stata resa possibile da una collaborazione tra tre docenti dell'Università del Minnesota Twin Cities:Jalan, il cui laboratorio ha guidato lo sforzo e ha gestito la sintesi dei materiali e le misurazioni del trasporto; Fernandes, il cui gruppo ha eseguito i calcoli teorici; e il Professore Associato della Scuola di Fisica e Astronomia Vlad Pribiag, specializzato nella misurazione avanzata delle proprietà nei film sottili.
"Molte domande nella scienza e nell'ingegneria moderne sono così complesse da superare una singola disciplina", ha affermato Pribiag. "Avere queste collaborazioni disponibili all'interno dello stesso college è estremamente utile. Hai bisogno di tutti questi ingredienti per risolvere molti problemi". + Esplora ulteriormente
