Aumentare il calore sui superconduttori
Nel 1911, Heike Kamerlingh Onnes, un fisico olandese, ha raffreddato il mercurio alla temperatura dell’elio liquido, appena alcuni gradi sopra lo zero assoluto (circa -270 °C). Osservò qualcosa di straordinario: la sua resistenza al flusso di corrente spariva sorprendentemente a 4,2 kelvin. Da allora si è scoperto che diversi materiali, ad esempio cuprati, magnesio diboride, ferro-pnictidi diventano superconduttori a temperature superiori. Tuttavia, anche il materiale con la temperatura critica (Tc) più elevata – 138 kelvin, corrispondente a circa -135 °C – è ancora decisamente lontano dalla conduttività a temperatura ambiente (+20 °C). Degli scienziati finanziati dall’UE hanno lanciato il progetto NANOHIGHTC (Search for novel mechanisms to increase the critical temperature of a superconductor) per approfondire le conoscenza che portano alla progettazione controllata di nuovi superconduttori nanostrutturati potenziati. Il progetto è andato oltre gli obiettivi originali, portando a 22 pubblicazioni su stimate riviste scientifiche specializzate e a numerose collaborazioni internazionali. Gli studi sugli effetti quantistici in diverse tipologie di superconduttori che hanno portato a formalismi quantitativi che li descrivono nel limite in cui è applicabile la teoria del campo medio. La teoria del campo medio riduce essenzialmente un problema di molti corpi ad uno a un corpo attraverso la media delle interazioni particelle-particelle. Il team ha dimostrato che in alcuni materiali è possibile un aumento fino al 30 % della Tc. Ulteriori ricerche hanno contribuito allo sviluppo di una struttura che descrive le deviazioni dal campo medio. I punti salienti dei risultati riguardano l’identificazione della dimensione minima dei grani perché la superconduttività esista come funzione della forza dell’accoppiamento in superconduttori fortemente accoppiati in nanoscala. Una seconda linea di ricerca ha analizzato le dinamiche del non equilibrio e la termalizzazione, il processo con il quale le particelle raggiungono l’equilibrio termico o una temperatura uniforme. Un sistema quantico interattivo dovrebbe eventualmente raggiungere l’equilibrio termico seguendo una perturbazione di non equilibrio (tempra quantica). Tuttavia non è stato sempre osservato. Il team ha identificato una finestra di parametri nella quale il sistema non termalizza dopo una tempra e descrive anche una nuova via per la termalizzazione. NANOHIGHTC ha sviluppato con successo nuovi percorsi per potenziare la superconduttività ed aumentare la Tc. Nonostante l’enorme interesse generato da materiali superconduttori, la comprensione teorica dettagliata del meccanismo si è rivelata una barriera ad uno sviluppo maggiore e all’industrializzazione. Gli scienziati hanno iniziato ad infrangere la barriera, aprendo la strada verso nuovi materiali e applicazioni per il prossimo futuro.
Parole chiave
Superconduttori, temperature critiche, teoria del campo medio, termalizzazione
