Alla scoperta della dipendenza tra temperature e superconduttività
I superconduttori a temperature elevate sono quelli che passano alla superconduttività a temperature più vicine alla temperatura ambiente, rendendo il raggiungimento più facile e meno costoso. Nonostante i decenni di ricerca e i progressi compiuti, non esiste una teoria universalmente riconosciuta per spiegare le proprietà della superconduttività a temperature elevate. La comprensione dei meccanismi potrebbe accelerare lo sviluppo e lo sfruttamento per un'applicazione diffusa. I ricercatori finanziati dall'UE per il progetto FESUME ("Iron-based superconductivity: Fermi surface and superconducting gap anisotropy") hanno utilizzato i superconduttori ad alta temperatura a base di ferro scoperti nel 2008 per testare alcune ipotesi. La maggior parte degli scienziati ritiene che la topologia unica di un limite definito matematicamente relativo alle proprietà termiche, elettriche, magnetiche e ottiche dei semiconduttori (topologia della superficie di Fermi) giochi un ruolo importante. Secondo una teoria comune, la superficie di Fermi sviluppa delle lacune per evitare le instabilità, portando il sistema allo stato superconduttivo. I ricercatori di FESUME si sono proposti di esplorare i dettagli della superficie di Fermi e la sua propensione alle instabilità allo scopo di fare luce sui meccanismi della superconduttività ad alte temperature. I ricercatori hanno utilizzato tre teorie affermate, versatili e funzionanti, per misurare la superficie di fermi e la struttura a giunzioni superconduttiva (de Haas van Alphen, spessore di penetrazione di London e misurazioni specifiche del calore) in 111 superconduttori ferro-pnictidi (strati di ferro-arsenico). I risultati hanno indicato non solo importanti condizioni per la superconduttività ma ne hanno anche scartate altre che non sembrano avere alcun ruolo. I risultati hanno fornito la prima evidenza termodinamica per l'esistenza di un fenomeno quantico relativo alle transizioni di fase della superconduttività (punto critico quantico) che incide sulla maggior parte della superficie di Fermi. Lo fa aumentando la massa della quasiparticella. In generale, i risultati sottolineano il ruolo della rinormalizzazione della massa nell'aumento della temperatura critica di superconduttività nei superconduttori a base di ferro. Questo fenomeno, in alcuni sistemi, è accompagnato da instabilità critiche quantiche. FESUME ha fatto grandi passi avanti nella ricerca sulla questione rimasta a lungo senza risposta del meccanismo della superconduttività ad alta temperatura. Una migliore comprensione fornirà un nuovo punto di vista sulla ricerca di nuovi materiali per applicazioni di superconduttività future, accelerando innovazione e sviluppo.
Parole chiave
Superconduttività, superconduttore ad alta temperatura, a base di ferro, superficie di Fermi, struttura a giunzioni, instabilità critiche quantiche
