I fisici del MIT hanno creato un materiale rivoluzionario con nuove proprietà in grado di condurre elettricità senza resistenza e di mostrare un comportamento metallico insolito. Questa scoperta apre la strada a una nuova era nei materiali con potenziali applicazioni che vanno dall’elettronica avanzata ai sistemi di trasporto dell’energia più efficienti.
Sommaire
Cos’è un materiale superconduttore?
IL superconduttività è un fenomeno notevole che consente ad alcuni materiali di condurre elettricità senza alcuna resistenza. Si differenziano quindi dai conduttori tradizionali come il rame o l’alluminio che dissipano parte dell’energia sotto forma di calore, generando resistenza. Questo fenomeno apre la strada a innovazioni rivoluzionarie, in particolare nei campi dell’energia e dell’elettronica, perché consentirebbe la realizzazione di sistemi più efficienti in grado di trasmettere grandi quantità di energia elettrica su lunghe distanze senza perdite.
Tuttavia, la superconduttività è estremamente rara e difficile da ottenere in condizioni normali. Perché questa proprietà si manifesti, è spesso necessario raffreddare i materiali temperature estremamente basse, prossime allo zero assoluto (-273°C). A queste temperature gli elettroni fluiscono liberamente senza scontrarsi con gli ostacoli naturali del reticolo atomico, eliminando ogni resistenza elettrica. I materiali superconduttori sono quindi da tempo studiati in laboratorio, ma il loro utilizzo quotidiano è rimasto limitato a causa della difficoltà di mantenere queste condizioni estreme.
Nonostante questi vincoli, la ricerca sui materiali superconduttori continua con l’obiettivo di isolare superconduttori in grado di funzionare a temperature più elevate o in condizioni meno impegnative. Recentemente, i ricercatori del MIT hanno fatto un importante passo avanti in questo senso.
Un progresso senza precedenti
I ricercatori hanno progettato un materiale costituito da strati atomici ultrasottili di tantalio, zolfo e stronzio, che formano un struttura ondulata. Questi motivi ondulati svolgono un ruolo chiave nel comportamento del materiale. Invece di muoversi in modo disordinato come in un materiale classico, gli elettroni seguono infatti le ondulazioni formate da questi strati atomici. Scorrono così più facilmente nelle valli delle onde dove la resistenza è minore e trovano la strada più difficile quando devono superare le creste. Ciò crea una conduzione elettrica più controllata e diretta.
A determinate temperature questo materiale diventa superconduttivo: gli elettroni circolano quindi senza incontrarsi nessuna resistenza. Oltre a questo stato eccezionale, anche al di fuori della superconduttività, il materiale presenta proprietà metalliche insolite, con conduzione che varia a seconda dei rilievi atomici interni.
Ciò che rende questa scoperta ancora più eccezionale è che nonostante sia formato da strati atomicamente sottili, questo cristallo raggiunge un dimensioni abbastanza grandi da poter essere maneggiate fisicamente. A differenza di altri materiali superconduttori che si formano solo in piccole quantità, questo può quindi essere prodotto in grandi dimensioni, il che ne facilita lo studio e ne rende possibile lo sfruttamento per applicazioni concrete in futuro.
Una svolta nella produzione e implicazioni promettenti
Questa scoperta è tanto più impressionante in quanto questo materiale è stato progettato in modo razionale. Utilizzando le loro conoscenze di chimica e fisica, i ricercatori hanno infatti fabbricato deliberatamente un materiale con proprietà specifiche senza contare sul caso. Questo approccio apre la strada alla creazione di molti altri materiali con proprietà intriganti.
Le potenziali applicazioni sono vaste, in particolare nei settori dell’energia e dell’elettronica. Grazie alle sue proprietà superconduttrici, potrebbe consentire in particolare la fabbricazione di cavi in grado di trasportare grandi quantità di elettricità senza perdite. Ciò trasformerebbe il modo in cui distribuiamo l’energia su larga scala e migliorerebbe significativamente l’efficienza delle reti elettriche.
Il nuovo comportamento metallico di questo materiale potrebbe essere sfruttato anche in dispositivi elettronici avanzati. Ad esempio, i chip dei computer che utilizzano tali materiali potrebbero funzionare più velocemente con una ridotta dissipazione del calore, aprendo la strada a computer più potenti ed efficienti dal punto di vista energetico.
I ricercatori lo considerano scoperta come primo passo verso altre innovazioni. Utilizzando lo stesso approccio progettuale, sperano di scoprire ancora più materiali con proprietà esotiche con potenziali applicazioni non ancora immaginate.
