La superconduttività rivela i suoi segreti
Le proprietà elettroniche nei superconduttori ad alte temperature implicano l'assenza di un comportamento convenzionale del liquido di Fermi: il modello standard degli elettroni nei metalli. Tuttavia, gli ossidi di rame (cuprati) si avvicinano al comportamento metallico convenzionale ad alte concentrazioni di fori. I fori, ovvero punti vuoti con carica positiva, si formano nel lattice cristallino dei semiconduttori quando gli elettroni sono liberati da una temperatura in aumento. Recentemente, i ricercatori impegnati nel progetto USSU ("Unconventional superconductors: from synthesis to understanding") hanno studiato le proprietà anomale di diversi composti di cuprati. Esistono diverse fasi di questi materiali, tra cui quella di isolamento, quella metallica anomala, la superconduttiva e la metallica normale. Comprendere come si verificano queste fasi e come coesistono consentirebbe di far luce sulle proprietà fisiche sottostanti che danno loro luogo. Questo è stato l'obiettivo principale del progetto USSU, la motivazione degli scienziati di comprendere il diagramma di fase dei cuprati. Una delle sfide principali affrontate dai ricercatori era rappresentata dal fatto che esistono solo pochi componenti che possano essere drogati chimicamente attraverso tutte le fasi. Un'altra sfida era data dalla comprensione dei dettagli e dell'importanza della "pseudo lacuna" nella parte sottodrogata della fase superconduttiva. Sono state spese molte energie per comprendere se questa fase promuova la superconduttività. Lo studio USSU si è concentrato sui cuprati drogati con fori poichι questi mostrano la maggiore temperatura di transizione. Il comportamento del tipo del liquido di Fermi dei cristalli di alta qualità di Hg1201 (HgBaCuO4+δ) è stata forse la scoperta più innovativa. I ricercatori hanno concluso che cuprati anche più complessi strutturalmente, come Y123 (YBa2Cu3O7-x) e YBa2Cu4O8 (Y124) e Tl2Ba2CuO6 (Tl-2201), sono in effetti liquidi di Fermi nodali. Quando la pseudo lacuna è stata rimossa, confronti tra le proprietà anomale rispetto a quelle dei corrispettivi drogati con fori hanno consentito di individuare alcuni tratti comuni. Oltre ai tratti non associati alla pseudo lacuna, il team di USSU ha dimostrato in modo sperimentale che la resistenza dipende dalla temperatura. Gli esperimenti hanno inoltre confermato la resistività dello stato metallico normale del tipo del liquido di Fermi che circonda la fase superconduttiva. Con questi esperimenti, i ricercatori del progetto USSU hanno scoperto un ingrandimento quantistico impressionante delle proprietà fisiche con temperatura e concentrazione dei fori. Questo non si osserva in metalli normali a causa del limite energetico superiore del sistema elettronico: l'energia di Fermi. Si tratta inoltre di un segno distintivo di un radicale cambiamento nel diagramma di fase di numerosi altri cuprati. Altre aree di ricerca oltre alle applicazioni dei superconduttori potrebbero trarre vantaggio dai risultati del progetto. Una migliore comprensione della superconduttività ad alte temperature nei cuprati può potenzialmente consentire la creazione cristallografica di nuovi composti. I nuovi composti potrebbero consentire temperature di transizione più elevate utili per applicazioni elettriche, elettroniche e nel campo delle comunicazioni a temperatura ambiente.
Parole chiave
Superconduttore, elettricità, cuprati, liquido di Fermi, elettroni, fori, cristallo, elettronica, comunicazioni
