I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno creato un nuovo superconduttore con una struttura cristallina chirale mescolando due materiali, uno con superconduttività ma senza chiralità, un altro con chiralità ma senza superconduttività.
Il nuovo composto di platino-iridio-zirconio passa a un superconduttore sfuso al di sotto di 2,2 K ed è stato osservato che ha una struttura cristallina chirale utilizzando la diffrazione dei raggi X. Il loro nuovo approccio a soluzioni solide promette di accelerare la scoperta e la comprensione di nuovi materiali superconduttori esotici.
Gli scienziati che studiano la superconduttività sono in missione per capire come la natura esotica dei materiali superconduttori derivi dalla loro struttura e come potremmo controllare la struttura per ottenere proprietà desiderabili.
Tra i molti aspetti della struttura, un interessante sviluppo recente è la questione della chiralità. Molte strutture hanno una "mano", cioè non sembrano uguali allo specchio. Un effetto della chiralità nei superconduttori è quello di innescare qualcosa chiamato accoppiamento asimmetrico spin-orbita (ASOC), un effetto che può rendere i superconduttori più resistenti all'elevata esposizione a campi magnetici.
Per comprendere la chiralità in modo più approfondito, tuttavia, gli scienziati hanno bisogno di più superconduttori con una struttura chirale da studiare. Il percorso abituale è cercare composti chirali, controllare se sono superconduttori o meno, sciacquare e ripetere:questo è molto inefficiente.
Ecco perché un team della Tokyo Metropolitan University guidato dal professore associato Yoshikazu Mizuguchi ha introdotto un approccio completamente nuovo. Invece di sfogliare elenchi di composti, hanno mescolato due composti con proprietà fisiche note, un composto di platino-zirconio con superconduttività ma senza chiralità e un composto di iridio-zirconio con una struttura chirale, ma senza segnalazioni di superconduttività. Il lavoro è pubblicato nel Journal of American Chemical Society .
Combinando gli elementi in un rapporto che corrisponde a una certa proporzione di ciascun composto, sono stati in grado di "mescolare e abbinare" efficacemente le proprietà fisiche, ottenendo un nuovo materiale che aveva sia una struttura cristallina chirale che superconduttività.
Il team ha prima studiato diversi rapporti di miscela, scoprendo che con circa l'80% di inclusione di iridio, la proporzione della struttura cristallina chirale (qui, la struttura P6122 del composto chirale iridio-zirconio) aumenta rapidamente a temperatura ambiente. Raffreddando i campioni a basse temperature, sono stati in grado di confermare la superconduttività fino a circa l'85%. Ciò ha lasciato una piccola finestra in cui entrambe le proprietà possono manifestarsi.
Osservando la loro miscela all'80%, hanno raffreddato il campione fino al punto in cui è stata osservata la superconduttività, scoprendo che la proporzione della struttura chirale aumenta notevolmente. Chiaramente, il loro nuovo composto è un superconduttore con una struttura chirale.
Il team ha inoltre confermato che la superconduttività nasce nella massa, non dalla superficie. Il loro lavoro dimostra la potenza di un approccio "mix and match" nella creazione di nuovi superconduttori esotici, un gradito e drammatico impulso nella ricerca di più materiali e una maggiore comprensione.
Ulteriori informazioni: Yuto Watanabe et al, Struttura cristallina chirale a bassa temperatura e superconduttività in (Pt0.2Ir0.8)3Zr5, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c10797
Fornito dalla Tokyo Metropolitan University
