Nuova scoperta: coppie di elettroni 'bloccate' in cuprato superconduttore a temperature elevate

RomeDa tempo i ricercatori sono interessati ai superconduttori, poiché questi permettono il passaggio dell'elettricità senza perdita di energia. Questa caratteristica abilita alcune tecnologie, come determinati tipi di treni ad alta velocità. Tuttavia, di solito i superconduttori funzionano solo a temperature molto basse. Quando si scaldano, perdono le loro proprietà e diventano comuni conduttori o isolanti. Recentemente, uno studio ha osservato per la prima volta una caratteristica cruciale dei superconduttori—l'accoppiamento degli elettroni—a temperature più elevate in un materiale chiamato cuprato, un tipo di materiale superconduttore insolito.

Punti chiave dello studio:

• Osservata la formazione di coppie di elettroni a temperature fino a 150 Kelvin.
• Rilevate coppie di elettroni in un isolante antiferromagnetico, evento inaspettato.
• La formazione delle coppie era più intensa nei campioni più isolanti del cuprato.

Ricercatori del SLAC National Accelerator Laboratory, dell'Università di Stanford e di altre istituzioni hanno studiato l'accoppiamento degli elettroni, fondamentale per la superconduttività. Affinché la superconduttività si verifichi con resistenza elettrica nulla, le coppie di elettroni devono muoversi in modo sincronizzato. In questo studio, le coppie di elettroni non erano sincronizzate e, quindi, il materiale non ha mostrato resistenza zero, ma ha indicato una potenzialità per la creazione di superconduttori a temperature più elevate.

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Da più di 100 anni, gli scienziati sanno che nei superconduttori tradizionali gli elettroni si accoppiano grazie alle vibrazioni nella struttura del materiale. Questi materiali necessitano di temperature molto basse, vicine allo zero assoluto, per funzionare. Al contrario, materiali come i cuprati, che sono superconduttori non convenzionali, operano a temperature più elevate, fino a 130 Kelvin. Gli scienziati non erano sicuri di cosa causasse l'accoppiamento degli elettroni in questi materiali, ma recenti scoperte suggeriscono che il fattore chiave potrebbe essere il cambiamento degli spin degli elettroni.

Utilizzando la luce ultravioletta, i ricercatori hanno studiato i dettagli atomici di un cuprato. Hanno scoperto un "gap energetico" che mostrava coppie di elettroni stabili fino a 150 Kelvin, ben oltre i 25 Kelvin dove il materiale diventa superconduttore. In maniera sorprendente, l'accoppiamento più forte è stato trovato nei campioni che erano i migliori isolanti.

I risultati di questo studio indicano che le future ricerche potrebbero concentrarsi sul cambiamento delle condizioni che permettono agli elettroni di muoversi in coppia, il che potrebbe portare a superconduttori funzionanti a temperature più elevate. Questo studio offre nuove metodologie per analizzare queste coppie di elettroni e potenzialmente farle collaborare, avvicinandoci a superconduttori operativi a temperatura ambiente. Un tale sviluppo potrebbe avere un impatto significativo sulla tecnologia moderna, incluse reti elettriche più efficienti e computer quantistici avanzati.