Un recente studio pubblicato su Nature Communications da ricercatori del Politecnico di Milano, della Chalmers University of Technology di Göteborg e dell'Università La Sapienza di Roma fa luce su uno dei tanti misteri dei superconduttori a base di rame ad alta temperatura critica. Anche a temperature superiori alla temperatura critica sono speciali e si comportano come metalli "strani". Ciò significa che la loro resistenza elettrica cambia con la temperatura in modo diverso rispetto a quella dei normali metalli.
La ricerca suggerisce l'esistenza di un punto critico quantistico collegato alla fase chiamata "metallo strano". Rappresentando un significativo passo avanti nella ricerca sulla superconduttività, la scoperta potrebbe aprire la strada a tecnologie sostenibili e contribuire a un futuro più rispettoso dell'ambiente.
"Un punto critico quantistico identifica condizioni specifiche in cui un materiale subisce un improvviso cambiamento nelle sue proprietà dovuto esclusivamente a effetti quantistici. Proprio come il ghiaccio si scioglie e diventa liquido a 0°C a causa di effetti microscopici della temperatura, i cuprati si trasformano in un metallo 'strano' perché delle fluttuazioni quantistiche di carica", afferma Riccardo Arpaia, ricercatore presso il Dipartimento di Microtecnologie e Nanoscienze di Chalmers e autore principale dello studio.
La ricerca si basa su esperimenti di diffusione di raggi X condotti presso il sincrotrone europeo ESRF e presso il sincrotrone britannico DLS. Rivelano l'esistenza di fluttuazioni della densità di carica che influenzano la resistenza elettrica dei cuprati in modo tale da renderli "strani". La misurazione sistematica di come varia l'energia di queste fluttuazioni ha permesso di identificare il valore della densità dei portatori di carica al quale questa energia è minima:il punto critico quantistico.
"Questo è il risultato di più di cinque anni di lavoro. Abbiamo utilizzato una tecnica, chiamata RIXS, in gran parte sviluppata da noi al Politecnico di Milano. Grazie a numerose campagne di misura e a nuovi metodi di analisi dei dati, siamo riusciti a dimostrare l'esistenza del punto critico quantistico. Una migliore comprensione dei cuprati guiderà la progettazione di materiali ancora migliori, con temperature critiche più elevate, e quindi più facili da sfruttare nelle tecnologie di domani", aggiunge Giacomo Ghiringhelli, Professore presso il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano e. coordinatore della ricerca.
Sergio Caprara, insieme ai suoi colleghi del Dipartimento di Fisica della Sapienza Università di Roma, ha elaborato la teoria che attribuisce alle fluttuazioni di carica un ruolo chiave nei cuprati. Dice:"Questa scoperta rappresenta un importante progresso nella comprensione non solo delle proprietà anomale dello stato metallico dei cuprati, ma anche dei meccanismi ancora oscuri alla base della superconduttività ad alta temperatura."
Ulteriori informazioni: Riccardo Arpaia et al, Firma della criticità quantistica nei cuprati mediante fluttuazioni della densità di carica, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-42961-5
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
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