Gli scienziati hanno creato un materiale misterioso che sembra condurre elettricità senza alcuna resistenza a temperature fino a circa 15 °C. Questo è un nuovo record per la superconduttività, un fenomeno solitamente associato a temperature molto fredde. Il materiale stesso è poco conosciuto, ma mostra il potenziale di una classe di superconduttori scoperto nel 2015.

Il superconduttore ha tuttavia una grave limitazione: sopravvive solo a pressioni estremamente elevate, avvicinandosi a quelle al centro della Terra, il che significa che non avrà alcuna applicazione pratica immediata. Tuttavia, i fisici sperano che possa aprire la strada allo sviluppo di materiali a resistenza zero che possono funzionare a pressioni più basse.

I superconduttori hanno una serie di applicazioni tecnologiche, dalle macchine per la risonanza magnetica alle torri di telefonia mobile, e i ricercatori stanno iniziando a sperimentarli in generatori ad alte prestazioni per turbine eoliche. Ma la loro utilità è ancora limitata dalla necessità di ingombranti criogenici. I superconduttori comuni funzionano a pressioni atmosferiche, ma solo se vengono mantenuti molto freddi. Anche i più sofisticati – materiali ceramici a base di ossido di rame-funzionano solo al di sotto di 133 kelvin (-140 °C). I superconduttori che funzionano a temperatura ambiente potrebbero avere un grande impatto tecnologico, ad esempio nell’elettronica che funziona più velocemente senza surriscaldamento.

L’ultimo studio, pubblicato1 su Nature il 14 ottobre, sembra fornire prove convincenti della conduttività ad alta temperatura, afferma il fisico Mikhail Eremets presso l’Istituto Max Planck per la chimica di Magonza, in Germania-anche se aggiunge che vorrebbe vedere più “dati grezzi” dall’esperimento. Egli aggiunge che rivendica una linea di lavoro che ha iniziato nel 2015, quando il suo gruppo reported2 il primo ad alta pressione, alta temperatura superconduttore — un composto di idrogeno e zolfo che aveva la resistenza zero fino a -70 °C.

Nel 2018, ad alta pressione composto di idrogeno e di lantanio è stato shown3 essere superconduttori a -13 °C. Ma l’ultimo risultato segna la prima volta in questo tipo di superconduttività è stato visto in un composto di tre elementi, piuttosto che due, il materiale è fatto di carbonio, zolfo e idrogeno. L’aggiunta di un terzo elemento amplia notevolmente le combinazioni che possono essere inclusi in esperimenti futuri alla ricerca di nuovi superconduttori, dice studio co-autore Ashkan Salamat, un fisico presso l’Università del Nevada, Las Vegas. ” Abbiamo aperto un’intera nuova regione ” di esplorazione, dice.

I materiali che superconducono ad alte ma non estreme pressioni potrebbero già essere messi in uso, dice Maddury Somayazulu, uno scienziato di materiali ad alta pressione presso l’Argonne National Laboratory di Lemont, Illinois. Lo studio mostra che “scegliendo giudiziosamente il terzo e il quarto elemento” in un superconduttore, dice, si potrebbe in linea di principio ridurre la sua pressione operativa.

Il lavoro convalida anche le previsioni decennali del fisico teorico Neil Ashcroft della Cornell University di Ithaca, New York, secondo cui i materiali ricchi di idrogeno potrebbero supercondurre a temperature molto più alte di quanto si pensasse possibile. “Penso che ci fossero pochissime persone al di fuori della comunità ad alta pressione che lo prendevano sul serio”, dice Somayazulu.

Materiale misterioso

Il fisico Ranga Dias dell’Università di Rochester a New York, insieme a Salamat e altri collaboratori, collocò una miscela di carbonio, idrogeno e zolfo in una nicchia microscopica che avevano scolpito tra le punte di due diamanti. Hanno poi innescato reazioni chimiche nel campione con la luce laser, e guardato come un cristallo formato. Mentre abbassavano la temperatura sperimentale, la resistenza a una corrente passata attraverso il materiale scendeva a zero, indicando che il campione era diventato superconduttivo. Quindi hanno aumentato la pressione e hanno scoperto che questa transizione si è verificata a temperature sempre più elevate. Il loro miglior risultato è stata una temperatura di transizione di 287,7 kelvin a 267 gigapascal — 2,6 milioni di volte la pressione atmosferica al livello del mare.

I ricercatori hanno anche trovato alcune prove che il cristallo ha espulso il suo campo magnetico alla temperatura di transizione, un test cruciale della superconduttività. Ma molto del materiale rimane sconosciuto, avvertono i ricercatori. ” Ci sono molte cose da fare”, dice Eremets. Anche la struttura esatta del cristallo e la formula chimica non sono ancora compresi. ” Man mano che si va a pressioni più elevate, la dimensione del campione diventa più piccola”, afferma Salamat. “Questo è ciò che rende questi tipi di misurazioni davvero impegnativi.”

I superconduttori ad alta pressione fatti di idrogeno e un altro elemento sono ben compresi. E i ricercatori hanno fatto simulazioni al computer di miscele ad alta pressione di carbonio, idrogeno e zolfo, dice Eva Zurek, un chimico computazionale presso la State University di New York a Buffalo. Ma dice che quegli studi non possono spiegare le temperature superconduttive eccezionalmente alte viste dal gruppo di Dias. “Sono sicuro che, dopo la pubblicazione di questo manoscritto, molti gruppi teorici e sperimentali salteranno su questo problema”, dice.