Scienziati dell'Università Federale degli Urali (UrFU) insieme ai loro colleghi della Lomonosov Moscow State University, hanno scoperto un metodo matematico per calcolare la temperatura alla quale i nanotubi di carbonio a parete singola diventano superconduttori e hanno sviluppato un modo per aumentarla, aprendo così nuove prospettive per l'applicazione dei materiali superconduttivi. L'opera è stata pubblicata in Carbonio rivista.

I materiali superconduttori in grado di condurre elettricità senza resistenza sono utilizzati nei ciclotroni, treni magnetici, linee elettriche e magnetometri supersensibili (dispositivi utilizzati per misurare il campo magnetico terrestre). Ancora, il problema principale con la superconduttività è che si esprime a temperature leggermente al di sopra dello zero assoluto (-273°C). Se un materiale è superconduttivo intorno a -70°C, punta al record. Il leader tra tutti i materiali è l'idrogeno solforato congelato a una pressione incredibile:diventa un superconduttore a -70°C.

"La superconduttività a temperatura ambiente è il sogno dell'umanità. Ad esempio, il tuo cellulare non avrebbe più bisogno di ricaricarsi, e l'elettricità può funzionare per sempre, "dice il dottor Chi Ho Wong, un postdoc dell'Università Federale degli Urali e coautore del lavoro.

La capacità del carbonio di formarsi piatta, fogli di grafene dello spessore di un atomo (strati di grafite separati) hanno attirato l'attenzione degli scienziati. Arrotolare un tale foglio per creare un tubo produce un'altra struttura interessante:un nanotubo di carbonio a parete singola (SWCNT). Queste strutture sono ad alta resistenza, rifrangono la luce in modo insolito, e può essere utilizzato in molte aree dall'elettronica alla biomedicina. Gli atomi inseriti nelle pareti di tali tubi possono cambiare le loro proprietà, compresa la conduttività. Può dipendere dall'orientamento degli esagoni che formano lo strato di carbonio, sul riempimento del tubo, o su atomi di altri elementi inseriti o attaccati in aggiunta.

I nanotubi di carbonio a parete singola sono attivamente studiati come potenziali superconduttori. Però, il loro diametro è pari a soli 4 angstrom (quattro decimi di nanometro), quindi sono vicini ai materiali 1-D. A temperature prossime allo zero assoluto, Al loro interno si formano le cosiddette coppie di elettroni Cooper. In assenza di curvatura, Le coppie di Cooper non si formano, e non si osserva superconduttività.

"Il nostro compito era cambiare la struttura 1-D per aumentare la temperatura della transizione superconduttiva, "dice Anatoly Zatsepin, il capo di un laboratorio di ricerca scientifica presso l'Istituto di Fisica e Tecnologia, UrFU. "Si è scoperto che se si accumulano SWCNT, Le coppie di Cooper si stabilizzano, e si forma un superconduttore." Tuttavia, anche tali pile richiedono temperature piuttosto basse per mostrare proprietà superconduttive, solo 15 gradi sopra lo zero assoluto.

I fisici hanno trovato una soluzione a questo problema. Hanno aggiunto un "filo" di carbonio largo un atomo all'interno di un SWCNT. La catena stessa non forma legami con gli atomi del tubo, ma fa sì che il tubo cambi la propria geometria e flessibilità.

Quando il team di UrFU ha cambiato la forma della catena interna di carbonio da dritta a a zigzag, sono riusciti ad aumentare la temperatura di transizione della superconduttività di 45 gradi. Per ottenere l'effetto migliore, gli angoli degli zigzag sono stati calcolati matematicamente, e le previsioni si sono rivelate corrette.