Superconduttori: le strisce del cuprato viste ai raggi X


Fig.1 Le strisce del cuprato rivelate dai raggi X. Viene mostrata la mappa di intensità di diffusione dei raggi X in una sezione dello spazio reciproco perpendicolare ai piani superconduttori del materiale Nd1.2Ba1.8Cu3O7. Il passo di circa 3 unità del reticolo cristallino è testimoniato dalla zona in colore rosso intorno a H=0.31. Politecnico di Milano

Su Science Express la scoperta del Politecnico di Milano sui materiali cuprati.

Pubblicato sul numero del 12 luglio del sito Science Express, che anticipa i contenuti più “caldi” della prestigiosa rivista americana Science, lo studio “Fluttuazioni di carica a lungo raggio non-commensurate nell’YBCO (ossido di rame, bario e ittrio)”*, che ha portato all’individuazione delle “strisce” (stripe) nel più importante dei materiali superconduttori ad alta temperatura critica basati sul rame (cuprati). Ben quindici anni ci sono voluti per ottenere la conferma sperimentale di una fondamentale previsione teorica formulata negli anni novanta. Si tratta di un enorme passo avanti verso il sogno di progettare materiali che siano superconduttori a temperatura ambiente. La ricerca è stata condotta dal gruppo guidato dai professori Giacomo Ghiringhelli e Lucio Braicovich del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, dell’Istituto SPIN del CNR e dal gruppo del professor Bernhard Keimer del Max Planck Institut di Stoccarda in Germania.

La scoperta è stata ottenuta con la tecnica del “bombardamento selettivo” del materiale con raggi X di energia (circa 900 eV), scelta in modo da interagire unicamente con gli ioni di rame nel materiale stesso. Le caratteristiche dell’urto sono state determinate con gli spettrometri AXES e SAXES, strumenti di misura in gran parte progettati e costruiti presso il Dipartimento di Fisica del Politecnico e ora installati presso i sincrotroni ESRF (Francia) e SLS (Svizzera). La misura, eseguita con un grado di sensibilità mai raggiunto in precedenza, ha fornito l’informazione sulle proprietà del materiale ceramico in esame: la densità di carica elettrica si modula spontaneamente nel materiale superconduttivo (“a zebra” o “a macchia di leopardo”), ma solo a bassa temperatura. Non solo è stata confermata l’effettiva esistenza delle strisce, ma si è anche scoperto che esse hanno larghezza diversa dal previsto e che influenzano pesantemente la comparsa della superconduttività in questi materiali.

Si tratta di un nuovo cruciale tassello utile a ricostruire il misterioso puzzle dei cuprati, materiali le cui caratteristiche superconduttive rimangono prive di spiegazione teorica a quasi trenta anni dalla loro scoperta. Questo aiuterà gli scienziati impegnati nella progettazione in laboratorio di materiali superconduttivi più efficienti, che potranno essere così utilizzati a temperature sempre più semplici da raggiungere. Tutti i superconduttori sono effettivamente superconduttivi (conducono elettricità con resistenza nulla) solo a bassissime temperature. Ma mentre i superconduttori cosiddetti tradizionali richiedono l’uso del raro e carissimo elio liquido (-269°C, ovvero solamente 4,2 gradi sopra lo zero assoluto), i cuprati come l’YBCO sono raffreddabili con il più comune ed economico azoto liquido (-196°C).



Fig.2 Schema semplificato del concetto di strisce in un cuprato. Alcuni atomi di rame perdono un elettrone (pallini verdi) rispetto alla situazione normale (blu, rossi e viola). Questi atomi diversi anziché distribuirsi casualmente nel materiale si organizzano in file, lasciando lunghe isole con densità di carica (numero di elettroni) standard. Politecnico di Milano

L’obiettivo è di fare a meno, un giorno, anche di questo mezzo refrigerante potendo disporre di superconduttori con temperatura critica prossima a quella dell’ambiente. Allora i superconduttori entreranno nella vita quotidiana di tutti noi.

Applicazioni

Già oggi i materiali superconduttori sono utilizzati in vari ambiti tecnologici e scientifici di livello avanzato, quali la diagnostica medica per immagini (Risonanza Magnetica Nucleare), le telecomunicazioni (centraline per telefonia cellulare, in USA), i laboratori di ricerca (bobine per alti campi magnetici, dispositivi magnetometrici SQUID, e, venendo all’attualità di questi giorni, l’acceleratore di particelle LHC del CERN di Ginevra). Lo studio, coordinato dal Politecnico di Milano e dal Max Planck Institut di Stoccarda, ha visto la partecipazione di altri sei gruppi di ricerca europei e americani: CNR/SPIN di Napoli, European Synchrotron Radiation Facility di Grenoble (Francia), Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (Germania), University of Waterloo (Canada), Canadian Light Source – University of Saskatchewan (Canada), University of British Columbia (Canada).

Lo studio su Science Express: http://www.sciencemag.org/content/early/2012/07/11/science.1223532.full#comments

*Titolo originale: Long-range incommensurate charge fluctuations Y,Nd)Ba2Cu3O6+x

Fonte: http://www.lswn.it/comunicati/stampa/2012/superconduttori_le_strisce_del_cuprato_viste_ai_raggi_x_scoperta_polimilano
Vedi: http://www.altrogiornale.org/news.php?item.6294.7

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Richard

La mia natura mi spinge a rispondere, fin dall'infanzia, a tante domande che la vita ci mette sotto gli occhi, una "complicazione" che ritengo missione fondamentale ed essenziale per realizzarci come singoli e come umanità su questo granello di polvere nell'Universo. Amo praticare lo sport e giocare ai videogames, magari con birra e patatine.