Un composto di idrogeno, carbonio e zolfo ha superato un limite fisico fondamentale, aprendo la strada a nuove ricerche e potenzialmente a nuove applicazioni tecnologiche. Ma la sua capacità di condurre l'elettricità senza resistenza si manifesta solo in condizioni di altissima pressione, il che lo rende difficile da analizzare
Alcuni ricercatori hanno creato un materiale misterioso che sembra condurre l'elettricità senza alcuna resistenza a temperature fino a circa 15 °C. Per la superconduttività, un fenomeno solitamente associato a temperature molto fredde, si tratta di un nuovo record. Il materiale in sé è poco compreso, ma mostra il potenziale di una classe di superconduttori scoperta nel 2015.
Il superconduttore ha però un grave limite: sopravvive solo a pressioni estremamente elevate, simili a quelle presenti al centro della Terra, il che significa che non avrà applicazioni pratiche immediate. Tuttavia, i fisici sperano che possa aprire la strada allo sviluppo di materiali a resistenza zero che possano funzionare a pressioni più basse.
I superconduttori hanno una serie di applicazioni tecnologiche, dalle macchine a risonanza magnetica alle stazioni radio base per la 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 un apparato criogenico ingombrante.
I comuni superconduttori funzionano a pressioni atmosferiche, ma solo se sono mantenuti molto freddi. Anche i più sofisticati materiali ceramici a base di ossido di rame funzionano solo al di sotto dei 133 kelvin (-140 °C). I superconduttori che funzionano a temperatura ambiente potrebbero quindi avere un grande impatto tecnologico, per esempio in un’elettronica in grado di operare più velocemente senza surriscaldarsi.
L'ultimo studio, pubblicato su “Nature”, sembra fornire prove convincenti della conducibilità alle alte temperature, dice il fisico Mikhail Eremets del Max-Planck-Institut per la Chimica di Mainz, in Germania, anche se aggiunge che vorrebbe vedere più "dati grezzi" dell'esperimento. E sottolinea che questo corrobora un lavoro iniziato nel 2015, quando il suo gruppo ha riferito di aver ottenuto il primo superconduttore ad alta pressione e alta temperatura, un composto di idrogeno e zolfo che aveva una resistenza nulla fino a -70 °C.
Nel 2018, un composto di idrogeno e lantanio ha dimostrato di essere superconduttore ad alta pressione e a -13 °C. Ma il risultato appena pubblicato segna la prima volta che questo tipo di superconduttività viene visto in un composto di tre elementi anziché di due: il materiale è costituito da carbonio, zolfo e idrogeno. L'aggiunta di un terzo elemento amplia notevolmente le combinazioni che possono essere oggetto di futuri esperimenti alla ricerca di nuovi superconduttori, dice il coautore dello studio Ashkan Salamat, fisico dell'Università del Nevada aLas Vegas. "Abbiamo aperto un nuovo territorio da esplorare".
Materiali che superconducono ad alta pressione ma non a pressioni estreme potrebbero già essere utilizzati, dice Maddury Somayazulu, che si occupa di materiali sottoposti ad alta pressione presso l'Argonne National Laboratory di Lemont, Illinois. Lo studio dimostra che "scegliendo accuratamente il terzo e il quarto elemento" in un superconduttore, in linea di principio si potrebbe abbassare la sua pressione operativa.
Il lavoro conferma anche le previsioni, vecchie di decenni, del fisico teorico Neil Ashcroft della Cornell University di Ithaca, nello Stato di New York, secondo cui i materiali ricchi di idrogeno potrebbero supercondurre a temperature molto più alte di quanto si pensasse possibile. "Penso che al di fuori della comunità che studia le alte pressioni pochissime persone lo prendessero sul serio", dice Somayazulu.
Materiale misterioso Il fisico Ranga Dias dell'Università di Rochester a New York, insieme a Salamat e altri collaboratori, ha posto una miscela di carbonio, idrogeno e zolfo in una microscopica nicchia scavata tra le punte di due diamanti. I ricercatori hanno poi innescato reazioni chimiche nel campione con la luce laser e hanno osservato la formazione di un cristallo.
Mentre abbassavano la temperatura sperimentale, la resistenza a una corrente che attraversava il materiale scendeva a zero, indicando che il campione era diventato superconduttore. Poi hanno aumentato la pressione, e hanno scoperto che questa transizione si è verificata a temperature sempre più alte. Il loro miglior risultato è stato una temperatura di transizione di 287,7 kelvin a 267 gigapascal, cioè 2,6 milioni di volte la pressione atmosferica a livello del mare.
I superconduttori ad alta pressione fatti di idrogeno e di 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, chimica computazionale della State University of New York a Buffalo. Ma aggiunge che questi studi non possono spiegare le temperature superconduttive eccezionalmente alte osservate dal gruppo di Dias. "Sono sicura che dopo la pubblicazione di questo lavoro molti gruppi teorici e sperimentali si dedicheranno a questo problema", conclude.
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