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Giovedì, Dicembre 05, 2019
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Scoperto un nuovo tipo di superconduttività

Nel centenario della scoperta della superconduttività, ricercatori dell'Università del Massachusetts ad Amherst e del Royal Institute of Technology svedese hanno pubblicato una serie di tre articoli apparsi sulla rivista Physical Review B (primo articolosecondo articoloterzo articolo) in cui viene descritta una teoria coerente della superconduttività "multibanda", un terzo tipo di superconduttività - chiamata di tipo 1.5 - che si affianca alle note forme di superconduttività di tipo I e II.

La superconduttività è uno stato in cui carica elettrica fluisce senza resistenza. Nel tipo I e nel tipo II, i flussi di carica sono però molto diversi. Il tipo I, scoperto nel 1911, è caratterizzato dalla mancanza di resistenza elettrica ma anche dal fatto che essa non permette a un campo magnetico esterno di pentrare attraverso in materiale. Quando viene applicato un campo magnetico, gli elettroni superconduttori producono una forte corrente in superficie che a sua volta produce un campo magnetico nella direzione opposta. All'interno di questo tipo di superconduttore, il campo magnetico esterno e il campo creato dal flusso di elettroni di superficie si annullano a vicenda.

Nella superconduttività tipo II il campo magnetico può invece penetrare gradualmente, portato da sistemi di vortici elettronici che si creano nel materiale. La descrizione teorica dei due tipi di superconduttività è valso ad Alexei A. Abrikosov e a Vitaly L. Ginzburg il Premio Nobel per la fisica del 2003.

Tutti i materiali superconduttori scoperti negli ultimi cinquant'anni possono essere classificate in queste due tipologie. Successivamente, studiando le basi teoriche dei materiali superconduttori, Egor Babaev aveva previsto che in alcuni materiali, gli elettroni superconduttori potrebbero essere suddivisi in due tipi di "sotto-popolazioni" in competizione, una in cui essi si comportano come gli elettroni nel materiale di tipo I, l'altro in cui si comportano come gli elettroni in un materiale di tipo II.

L'obiezione sollevata dagli scettici era che fondamentalmente esiste un solo tipo di elettroni, e che era difficile che nei superconduttori potessero esistere popolazioni di elettroni dai comportamenti radicalmente diversi.

Ora Babaev è riuscito a sviluppare la teoria per spiegare come i materiali reali possano effettivamente dar luogo a una superconduttività di tipo 1.5 tenendo conto delle interazioni alle micro-scale. Parallelamente, Johan Carlström, Julien Garaud e collaboratori sono riusciti a sviluppare, grazie all'impiego massiccio di un supercomputer, un modello numerico del comportamento degli elettroni superconduttori scoprendo che in determinate condizioni si possonodescrivere nuove forze addizionali tra i vortici, che possono dare ai cluster di vortici una struttura molto complessa. Secondo i ricercatori, ciò offre anche la possibilità di creare materiali superconduttori multibanda; essi ritengono anzi che alcuni dei materiali di recente scoperta possano già appartenere al tipo 1.5.

"Con lo sviluppo della teoria a livello microscopico e con una migliore comprensione delle interazioni fra i vortici, siamo in grado di collegare le proprietà dei cluster di vortici con le proprietà della struttura elettronica dei materiali reali", ha detto Babaev.


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