Alluminio “superatoms” un nuovo tipo di materiale superconduttore

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Gli scienziati della University of Southern California (USC) hanno fatto passi in avanti verso la scoperta di una nuova famiglia di materiali superconduttori che funzionano a temperature relativamente elevate, con possibili applicazioni nel campo della ricerca della fisica, imaging medicale ed elettronica ad alte prestazioni.

Gli elettroni che viaggiano attraverso un circuito integrato, urtano regolarmente in imperfezioni microscopiche all’interno del filo conduttore e vengono virati fuori rotta, creando resistenza elettrica e rilascio di energia termica. Il calore generato è un grande inconveniente per i progettisti e gli utenti finali dei prodotti di elettronica, ma questa dispersione semplicemente non può essere evitata utilizzando i materiali attualmente a nostra disposizione.

I superconduttori possono trasportare elettricità senza resistenza e sono utilizzati per applicazioni specializzate, come la risonanza magnetica, treni a levitazione magnetica e acceleratori di particelle. L’elettronica basata su superconduttori sarebbe estremamente efficiente perchè non ci sarebbero tutte le dispersioni dei tradizionali circuiti, ma potrebbero funzionare solo a temperature vicine allo zero assoluto rendedoli poco pratici. Trenta anni fa, una nuova classe di cosiddetti “superconduttori ad alta temperatura” è stata scoperta, anche se il nome può essere ingannevole perché questi richiedono ancora temperature inferiori a 135 K (-135 ° C o 210 ° F) per operare, che ancora li rende poco pratici per l’uso in elettronica.

Ora il team di USC guidato dal professor Vitaly Kresin ha scoperto un’altra famiglia di superconduttori che funzionano a temperature relativamente elevate. In particolare, hanno scoperto che, mentre singoli atomi di alluminio possono essere utilizzati come superconduttori a temperature molto basse, i cosiddetti “superatoms” (gruppi di atomi equidistanti che si comportano come un singolo atomo) di alluminio riescono a creare un superconduttore a temperature molto più alte.

La superconduttività avviene quando le cosiddette coppie di Cooper si formano all’interno di un materiale, questi sono coppie di elettroni che sono attratti l’uno all’altro in maniera molto debolmente e attivano un meccanismo per cui gli elettroni non virano fuori rotta, e quindi no generano calore ogni volta che incontrano una imperfezione all’interno del materiale. Poiché la forza di attrazione tra gli elettroni, che avviene solo in determinate condizioni, è così debole (due elettroni normalmente respingono), anche una piccola quantità di energia esterna (ad esempio il calore) può sconvolgere questo equilibrio. Questo è il motivo per cui i superconduttori funzionano solo a temperature molto basse.

Kresin con la sua squadra ha costruito una serie di superatoms di alluminio tra i 32 e 95 atomi di grandi dimensioni. Per superatoms contenenti 37, 44, 66 e 68 atomi di alluminio, gli scienziati hanno trovato prove del fatto che le coppie di Cooper erano erano in corso, trasformando suddetto materiale in un superconduttore.

I ricercatori suggeriscono che la creazione dei superatoms di metalli diversi potrebbe portare alla scoperta di superconduttori simili che operano a temperature relativamente elevate. Mentre la temperatura di soglia è 100 K (-280 ° F, -173 ° C) per un superatom alluminio, materiali diversi sono ingrado di trasformarsi in superconduttori a temperature molto più elevate.

Se uno di questi materiali funzionasse come un superconduttore a temperatura ambiente, avrebbe probabilmente un enorme impatto sul mondo dell’elettronica, del medical imaging, della microscopia e sui motori elettrici, solo per citarne alcuni.

Fonte: University of Southern California