Chiarito uno dei tanti misteri dei superconduttori ad alta temperatura critica che ha per protagonisti i cuprati ossia la classe di composti inorganici a base di rame (in latino cuprum), costituiti da ossidi misti di composizione varia, contenenti metalli alcalino-terrosi, di transizione e terre rare. I cuprati anche a temperature superiori a quella critica sono speciali, si comportano come metalli “strani”, perché hanno un punto critico quantistico. Ovvero la loro resistenza elettrica cambia con la temperatura in modo diverso da quella dei metalli normali. Lo studio sviluppato da ricercatori del Politecnico di Milano, della Chalmers University of Technology di Göteborg e della Sapienza Università di Roma è stato pubblicato su Nature Communications.
La ricerca ha dimostrato l’esistenza di un punto critico quantistico collegato alla fase denominata “metallo strano”. «Un punto critico quantistico individua le condizioni specifiche in cui un materiale subisce un improvviso cambiamento nelle sue proprietà a causa di soli effetti quantistici. Così come il ghiaccio fonde e diventa liquido a zero gradi centigradi a causa degli effetti microscopici della temperatura, i cuprati diventano un metallo “strano” a causa delle fluttuazioni quantistiche di carica» afferma Riccardo Arpaia, autore principale dello studio e ricercatore al Dipartimento di Microtecnologie e Nanoscienze di Chalmers.
La ricerca si è basata su esperimenti di diffusione di raggi X condotti nel Sincrotrone Europeo ESRF e nel sincrotrone britannico Diamond Light Source, che hanno evidenziato l’esistenza di fluttuazioni della densità di carica capaci di influenzare la resistenza elettrica dei cuprati in modo tale da renderli “strani”. La misurazione sistematica di come varia l’energia di queste fluttuazioni ha permesso di identificare il valore esatto della densità di portatori di carica in corrispondenza della quale essa è minima: ovvero il punto critico quantistico.
«Questo è il risultato di più di cinque anni di lavoro. Abbiamo usato una tecnica, chiamata RIXS, in gran parte sviluppata da noi del Politecnico di Milano. Grazie a numerose campagne di misura e a nuovi metodi di analisi dei dati abbiamo potuto dimostrare l’esistenza del punto critico quantistico. Capire bene i cuprati ci permetterà di progettare materiali ancora migliori, con temperature critiche più alte, e quindi più facili da sfruttare nelle tecnologie di domani» aggiunge Giacomo Ghiringhelli, professore del dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano e coordinatore della ricerca.
E sul significato della scoperta c’è la conclusione di Sergio Caprara, professore al Dipartimento di Fisica della Sapienza, che ha elaborato insieme ai colleghi del gruppo teorico di Roma la teoria che assegna alle fluttuazioni di carica un ruolo fondamentale nei cuprati: «Questa scoperta rappresenta un progresso importante per la comprensione non solo delle proprietà anomale dello stato metallico dei cuprati, ma anche dei meccanismi ancora oscuri alla base della superconduttività ad alta temperatura». (Red.)
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