La scienza sta facendo un passo avanti nella ricerca di superconduttori che non richiedano una pressione ultraelevata per funzionare, grazie alla ricerca multinazionale guidata da Xiaojia Chen presso l'Università di Houston.
"L'obiettivo dei ricercatori sulla superconduttività è stato per lungo tempo quello di facilitare o addirittura eliminare i controlli critici attualmente richiesti per quanto riguarda la temperatura e la pressione", ha affermato Chen, M.D. Anderson professore di fisica presso il College of Natural Sciences and Mathematics dell'UH e ricercatore principale presso il Texas Center. per la superconduttività presso UH.
L’evoluzione verso l’eliminazione dell’attuale trattamento speciale ora richiesto dal materiale superconduttivo – che è definito come materiale che offre poca o nessuna impedenza dalla resistenza elettrica o dai campi magnetici – suggerisce che il potenziale per aumenti radicali dell’efficienza per alcuni processi nella ricerca, nell’assistenza sanitaria, l'industria e altre imprese commerciali potrebbero diventare realtà in breve tempo.
Ma attualmente, le condizioni necessarie per il successo della superconduttività mettono a dura prova le risorse di molti potenziali utenti, anche di molti laboratori di ricerca.
Chen spiega che abbassare la pressione accessibile per la superconduttività è uno degli obiettivi importanti degli attuali studi sugli idruri. "Ma gli esperimenti sono ancora in difficoltà nel fornire una serie di prove convincenti", ha detto.
"Ad esempio, è stato segnalato che gli idruri delle terre rare mostrano una superconduttività vicino alla temperatura ambiente. Ciò si basa sull'osservazione di due caratteristiche essenziali:lo stato di resistenza zero e l'effetto Meissner", ha affermato Chen.
(L'effetto Meissner, scoperto nel 1933, riconosce una diminuzione o un'inversione del magnetismo quando un materiale raggiunge la superconduttività, fornendo ai fisici un metodo per misurare il cambiamento.)
"Tuttavia, questi materiali superconduttori delle terre rare hanno funzionato sul bersaglio solo a pressioni estremamente elevate. Per fare progressi, dobbiamo ridurre la pressione di sintesi il più bassa possibile, idealmente alle condizioni atmosferiche", ha spiegato Chen.
Il team di Chen ha trovato la svolta decisiva scegliendo un mezzo conduttivo:leghe di idruro, sostanze metalliche prodotte in laboratorio che includono molecole di idrogeno con due elettroni. Nello specifico, hanno lavorato con idruri di ittrio-cerio (Y0,5 Ce0,5 H9 ) e idruri di lantanio-cerio (La0,5 Ce0,5 H10 ).
Si è visto che l'inclusione del cerio (Ce) ha fatto una differenza fondamentale.
"Queste osservazioni sono state suggerite a causa del potenziamento dell'effetto chimico di precompressione attraverso l'introduzione dell'elemento Ce in questi superidridi", ha spiegato Chen.
Due articoli di giornale descrivono in dettaglio i risultati del team. Il più recente, in Nature Communications , si concentra sugli idruri di ittrio-cerio; l'altro, in Journal of Physics:Condensed Matter , si concentra sugli idruri di lantanio-cerio.
Il team ha scoperto che questi superconduttori possono mantenere temperature di transizione relativamente elevate. In altre parole, gli idruri di lantanio-cerio e di ittrio-cerio sono capaci di superconduttività in condizioni meno estreme (a pressione inferiore ma mantenendo una temperatura di transizione relativamente più elevata) rispetto a quanto ottenuto in precedenza.
"Questo ci fa avanzare nella nostra evoluzione verso un mezzo superconduttivo praticabile e relativamente disponibile", ha detto Chen. "Abbiamo sottoposto i nostri risultati a molteplici misurazioni del trasporto elettrico, della diffrazione dei raggi X del sincrotrone, della diffusione Raman e a calcoli teorici. I test hanno confermato che i nostri risultati rimangono coerenti."
"Questa scoperta indica un percorso verso la superconduttività ad alta temperatura che può essere accessibile in molti attuali ambienti di laboratorio", ha spiegato Chen. La ricerca sugli idruri sposta la frontiera ben oltre lo standard riconosciuto fissato dagli ossidi di rame (noti anche come cuprati).
"Abbiamo ancora molta strada da fare per raggiungere condizioni ambientali reali. L'obiettivo resta quello di raggiungere la superconduttività a temperatura ambiente e a una pressione equivalente alla nostra atmosfera familiare a livello del suolo. Quindi la ricerca continua", ha affermato Chen.
Ulteriori informazioni: Liu-Cheng Chen et al, Sintesi e superconduttività negli idruri di ittrio-cerio ad alte pressioni, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46133-x
Ge Huang et al, Sintesi della fase superconduttiva di La0.5Ce0.5H10 ad alte pressioni, Journal of Physics:Condensed Matter (2023). DOI:10.1088/1361-648X/ad0915
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Houston
