Svelato elemento chiave della superconduttività

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Un gruppo di ricerca internazionale che vede protagonisti il Cnr e la Sapienza ha scoperto che anche i materiali superconduttori mostrano una microstruttura frattale, proprio come quella presente in molte forme di materia vivente. Lo studio promette di rivoluzionare le tecnologie a nostra disposizione con applicazioni che andranno dall’informatica ai trasporti all’energia

Nella perfetta e affascinante geometria dei frattali si nasconde un aspetto inedito della superconduttività nei materiali ideali per trasportare elettricità. A rivelarlo uno studio internazionale coordinato da Antonio Bianconi, dell’Università Sapienza di Roma, in collaborazione con Istituto di cristallografia del Consiglio nazionale delle ricerche (Ic-Cnr), London centre for nanotechnology (Lcn), University college London (Ucl) e European synchrotron radiation facility (Esrf).

«Grazie a un innovativo microscopio a raggi X sviluppato nei laboratori dell’Esrf, l’impianto europeo di radiazione di sincrotrone di Grenoble – spiega Gaetano Campi, ricercatore dell’Istituto di cristallografia del Cnr e coautore dello studio – abbiamo analizzato la struttura atomica di un cristallo di ossido di rame, in cui la superconduttività è ottenuta mediante l’aggiunta di una certa quantità di atomi di ossigeno, detti interstiziali, capaci di muoversi nel materiale».

«Con nostro grande stupore – prosegue il ricercatore – abbiamo scoperto che la disposizione di tali atomi cambia da punto a punto, assumendo forme a volte disordinate altre ordinate, e che i disegni ordinati corrispondono a dei frattali, figure geometriche che si ripetono nella struttura di una grande varietà di sistemi fisici, dal genoma umano al fiocco di neve, fino a rose o felci. Si tratta di un dato sperimentale significativo che nessuno si aspettava di trovare nella microstruttura di un materiale superconduttore».

La sorpresa dei ricercatori è aumentata alla constatazione che i frattali presenti nel cristallo di ossido di rame giocano un ruolo fondamentale nel trasporto dell’elettricità. «Abbiamo riscontrato che la superconduttività – aggiunge Antonio Bianconi – oltre che dalla quantità, dipende anche dal modo con cui gli atomi di ossigeno interstiziali si organizzano nel materiale: in altre parole, è proprio la geometria disegnata dagli atomi di ossigeno interni alla microstruttura a condizionare la conduzione dell’elettricità. Nelle zone del cristallo dove la struttura è frattale, la superconduttività è favorita. Altro aspetto rilevante è che questa microstruttura può essere manipolata con semplici trattamenti termici per indurre una migliore conduzione elettrica».

Lo studio, secondo i ricercatori, offrirà l’opportunità di realizzare prodotti tecnologici sempre più raffinati. «Questa scoperta – conclude Bianconi – è un passo importante verso la costruzione di superconduttori a temperatura ambiente che favoriranno ricadute oggi impensabili per la tecnologia del secondo millennio: computer quantistici e treni superveloci (come il progetto Maglev, da Tokyo a Osaka in 40 minuti), nuove reti di distribuzione elettrica senza perdita di energia (allo stadio di progetto in Cina) o centrali solari estese che dal deserto del Sahara porterebbero energia in Europa. Traguardi che forse raggiungeremo nei prossimi venti anni».

(Fonte Cnr)