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I nuovi superconduttori che funzionano anche a temperature elevate

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I superconduttori hanno bisogno di un ambiente 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.

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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.

Una porcellana con caratteristiche molto peculiari

“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”.

Superconduttori che funzionano a temperature elevate

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”.

La ricerca è stata pubblicata su Proceeding of the National Academy of Sciences.

 

 

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