Nuovi materiali per superconduttori con temperature più alte

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Temperature relativamente più alte per raggiungere la superconduttività con argento e fluoro al posto di rame e ossigeno.
È quanto propone un team di ricerca internazionale cui partecipa il Consiglio nazionale delle ricerche.

I
superconduttori ‘chiedono’ il freddo per condurre l’elettricità
senza perdita d’energia. Infatti se portati a temperature pari o
inferiori a -140℃
permettono un
moto perpetuo degli elettroni che viene sfruttato per
creare grandi campi magnetici. Tuttavia questi materiali speciali,
usati per la diagnostica medica, per esempio la risonanza
magnetica, o negli esperimenti nei grandi acceleratori come Lhc del
Cern potrebbero essere utilizzati
più ampiamente se si potesse evitare di raffreddarli a bassissima
temperatura, operazione che richiede costi elevati. Un
team internazionale composto da ricercatori del Consiglio nazionale
delle ricerche (Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati,
Istituto Spin, Istituto dei sistemi complessi) e colleghi di Polonia,
Regno Unito, Slovenia, Stati Uniti e Repubblica Slovacca hanno
proposto una nuova famiglia di composti.

La figura mostra la struttura dei piani dei materiali proposti per la superconduttività di alta temperatura critica.

“Finora
il record a pressione ambiente è stato ottenuto con una famiglia di
materiali contenenti rame e ossigeno che devono essere raffreddati
‘solo’ fino a -140℃ per diventare superconduttori: una scoperta
che è valsa il premio Nobel a Bednorz e Müller nel 1987”, spiega
José Lorenzana, direttore dell’Istituto dei sistemi complessi
(Cnr-Isc). “Curiosamente, i materiali di base
per fare questi superconduttori non sono buoni conduttori ma ceramici
isolanti, simili a una porcellana con caratteristiche molto
peculiari, in grado di sfidare le leggi basilari sulla conduttività
dei solidi e con forti fluttuazioni quantistiche, fenomeni
considerati il
“concime”, cioè necessari,
per raggiungere la
superconduttività ad alta temperatura. Solo dopo un’appropriata
sostituzione chimica diventano metallici a temperatura ambiente e
superconduttori se raffreddati. I
nostri
studi hanno mostrato che è possibile riprodurre lo stesso ‘concime
quantistico’ che dà luogo alla superconduttività in materiali con
argento e fluoro al posto di rame e ossigeno”.

Questi
studi hanno anche una finalità molto concreta: si pensi che le
apparecchiature degli ospedali per la RM usano 1.700 litri di elio
liquido che devono essere riforniti periodicamente, una risorsa molto
scarsa e costosa. “La speranza adesso è
trovare le sostituzioni giuste che portino alla scoperta di nuovi
superconduttori che possano funzionare a temperature ancora più
elevate. Le conseguenze sarebbero rivoluzionarie in campi come il
trasporto di energia elettrica e l’elettronica”, conclude
Lorenzana. “È per questo che,
sin dalla loro scoperta nel 1911, si è alla ricerca di materiali che
possano diventare superconduttori a temperature più alta fino ad
arrivare alla superconduttività a temperatura ambiente”.

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