I superconduttori sono materiali che conducono l’elettricità senza resistenza, il che li rende promettenti per varie applicazioni come treni ad alta velocità, linee elettriche ad alta efficienza energetica e imaging medico. I superconduttori a base di ferro, scoperti nel 2008, sono una classe di materiali che hanno il potenziale di funzionare a temperature più elevate rispetto ai superconduttori convenzionali, riducendo così le perdite di energia.
Nello studio, pubblicato sulla rivista "Nature Physics", i ricercatori hanno studiato la struttura elettronica dei superconduttori a base di ferro utilizzando una tecnica chiamata spettroscopia di fotoemissione risolta in angolo (ARPES). Questa tecnica ha permesso loro di misurare l'energia e la quantità di moto degli elettroni all'interno del materiale, fornendo informazioni sulle proprietà elettroniche del materiale e sui meccanismi che danno origine alla superconduttività.
Sorprendentemente, il team ha osservato una caratteristica asimmetria nella struttura elettronica, in particolare nella disposizione degli elettroni attorno agli atomi di ferro. Questa asimmetria ha messo in discussione i modelli teorici esistenti, che avevano previsto una disposizione più simmetrica.
"L'asimmetria elettronica osservata era come un'impronta digitale che non poteva essere spiegata da nessuna delle teorie attuali", ha detto l'autore principale Dr. Alexander Fedorov del Max Planck Institute for Solid State Research.
Per ottenere una comprensione più approfondita, i ricercatori hanno eseguito ulteriori esperimenti e calcoli teorici. Hanno scoperto che l’asimmetria deriva dalle interazioni tra gli elettroni e le vibrazioni del reticolo all’interno del materiale. Queste interazioni modificano la struttura elettronica, portando all'asimmetria osservata.
La scoperta di questa asimmetria elettronica potrebbe avere implicazioni significative per lo sviluppo di nuovi superconduttori. Comprendendo e controllando queste interazioni elettroniche, gli scienziati potrebbero essere in grado di progettare materiali con temperature di transizione superconduttrici ancora più elevate e prestazioni migliorate.
"I nostri risultati forniscono una nuova prospettiva sulle proprietà elettroniche e sui meccanismi di superconduttività nei materiali a base di ferro", ha affermato il coautore Dr. Philipp Gegenwart, direttore del Max Planck Institute for Solid State Research. "Essi aprono la strada allo sviluppo di materiali superconduttori più efficienti per varie applicazioni."
Sono necessarie ulteriori ricerche per esplorare le conseguenze di questa asimmetria elettronica e per identificare altri fattori che influenzano la superconduttività nei materiali a base di ferro. Ciò potrebbe infine portare alla realizzazione di superconduttori altamente efficienti che operano a temperature prossime a quelle ambientali, rivoluzionando le tecnologie nei campi dell’energia, dei trasporti e della medicina.
