La nuova era dei superconduttori a base di ferro
Successivamente alla scoperta del 2008, relativa ai superconduttori con materiali a base di ferro, gli scienziati hanno scoperto una seconda classe di materiali che presentano il fenomeno quantistico macroscopico della superconduttività ad alta temperatura. La strada per la superconduttività a temperatura ambiente sembrava aprirsi grazie alla possibilità di confrontare questi con i famosi superconduttori cuprati. Gli scienziati europei e giapponesi si sono riuniti nel progetto SUPER-IRON (Exploring the potential of iron-based superconductors), finanziato dall’UE, per sviluppare una tabella di marcia con lo scopo di sfruttare i FeSC nelle applicazioni di potenza. I FeSC sembrano mostrare diversi vantaggi, tra cui una minore sensibilità ai difetti di trasmissione di corrente attraverso i bordi di grano, rispetto ai tradizionali superconduttori ad alta temperatura. Un ampio lavoro è stato dedicato alla preparazione dei FeSC come cristalli singoli, policristalli, fili e film sottili. Il lavoro relativo al cristallo singolo ha portato a tecniche di sintesi ottimizzate per materiali policristallini con proprietà superconduttive migliorate. I ricercatori hanno compiuto progressi significativi nella fabbricazione di fili e film sottili, con i risultati più interessanti ottenuti per i substrati in fluoruro di calcio (CaF2). Il team SUPER-IRON ha confermato la notevole modulabilità delle proprietà superconduttive dei film sottili di calcogenuri di ferro Fe(Te,Se) su CaF2, mediante drogaggio controllato con precisione e attraverso l’introduzione di difetti da irraggiamento neutronico. Il team ha inoltre preparato i primi fili superconduttori a base di ferro e arsenico con il metodo ex situ PIT (power in tube). Lo studio del comportamento dei materiali ai bordi di grano è fondamentale per il loro potenziale impiego nelle applicazioni di potenza. I ricercatori hanno applicato tecniche sia sperimentali che teoriche, ottenendo molti risultati interessanti. I sottili film di biocristallo, prodotti su vari substrati, hanno dimostrato un migliore accoppiamento tra grani rispetto ai semiconduttori cuprati, e hanno superato tutti i criteri di valutazione per le applicazioni di potenza. La ricerca avviata nell’ambito del progetto SUPER-IRON proseguirà con i risultati degli strumenti teorici sviluppati per predire le proprietà superconduttive di diversi materiali. I ricercatori sperano di ottenere nuove informazioni circa il modo in cui gli elettroni si accoppiano e conducono elettricità senza dissipazione, al fine di applicare tale conoscenza per i superconduttori cuprati. I risultati sperimentali e i modelli teorici dovrebbero fornire le risposte alle domande che rimangono aperte per quanto riguarda i convenzionali superconduttori cuprati ad alta temperatura. Il progetto SUPER-IRON riguarda la ricerca, dunque non è stato previsto lo sfruttamento immediato dei suoi risultati, ma sussistono le basi per lo sviluppo futuro di una tabella di marcia per l’utilizzo degli FeSC nelle applicazioni di potenza.
Parole chiave
Superconduttori a base di ferro, superconduttività ad alta temperatura, semiconduttori cuprati, applicazioni di potenza
