I fisici del RIKEN hanno trovato una piattaforma ideale per esplorare il comportamento degli elettroni in un materiale mentre si avvicina alla superconduttività. Ciò potrebbe aiutare a sviluppare nuovi superconduttori che funzionano a temperature più convenienti rispetto a quelli esistenti. Lo studio è pubblicato sulla rivista Physical Review B .
I superconduttori trasportano la corrente elettrica senza alcuna resistenza e vengono utilizzati, ad esempio, in potenti elettromagneti e sensori magnetici. Ma la superconduttività generalmente si verifica solo a basse temperature, quindi i ricercatori sono alla ricerca di superconduttori ad alta temperatura che potrebbero aprire una gamma molto più ampia di applicazioni. L'obiettivo finale è trovare materiali superconduttori a temperatura ambiente.
La superconduttività nei cosiddetti superconduttori convenzionali si verifica quando gli elettroni si accoppiano. Questo accoppiamento impedisce agli elettroni di disperdersi mentre fluiscono attraverso un materiale.
Alcuni materiali, quando si avvicinano a questo stato superconduttore, entrano in una "fase nematica" in cui gli elettroni si allineano in strisce. "La nematicità è considerata strettamente correlata alla superconduttività", spiega Yuya Kubota del Centro RIKEN SPring-8. "Tuttavia, la connessione precisa tra nematicità e superconduttività non è del tutto compresa."
Per esplorare questa relazione, Kubota e i suoi colleghi si sono rivolti a un materiale chiamato seleniuro di ferro, che superconduce solo alla temperatura molto bassa di –265°C, ovvero appena 8° sopra lo zero assoluto. Ma la superconduttività a temperature più elevate può essere ottenuta applicando pressione o modificando la composizione chimica del materiale, indicando potenzialmente la strada a strategie più generali per la creazione di superconduttori ad alta temperatura.
Il seleniuro di ferro entra nella sua fase nematica a circa –183°C. In questa fase la disposizione degli atomi nel reticolo cristallino del materiale cambia e alcuni elettroni possono assumere stati energetici diversi. I ricercatori hanno a lungo dibattuto sull'importanza relativa di questi fattori strutturali ed elettronici nel determinare la nematicità.
Il team di Kubota ora ha trovato una risposta. Hanno studiato un film ultrasottile di seleniuro di ferro su una base di alluminato di lantanio, che ha soppresso il cambiamento strutturale durante la transizione alla fase nematica.
I ricercatori hanno individuato tutte le caratteristiche elettroniche della transizione alla fase nematica, anche se la struttura reticolare è rimasta la stessa. Ciò suggerisce che la fase nematica abbia origine solo da cambiamenti negli stati energetici di alcuni elettroni.
I ricercatori prevedono che il loro materiale a film sottile consentirà loro di esplorare il comportamento degli elettroni nella fase nematica, senza il fattore complicante di eventuali alterazioni strutturali concomitanti. "Questo potrebbe aiutarci a raggiungere una comprensione più profonda della relazione tra nematicità e superconduttività e del meccanismo della superconduttività", afferma Kubota. "E questo, a sua volta, potrebbe accelerare la ricerca verso i superconduttori a temperatura ambiente."
Ulteriori informazioni: Y. Kubota et al, Stato nematico puro nel superconduttore a base di ferro FeSe, Physical Review B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.L100501
Informazioni sul giornale: Revisione fisica B
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