13/07/2012
Su ‘Science Express’ la scoperta del Politecnico di Milano in collaborazione con ricercatori dell’Istituto Spin del Cnr
Sul numero del 12 luglio del sito ‘Science Express’, che anticipa i contenuti più ‘caldi’ della prestigiosa rivista americana Science, è stato pubblicato lo studio ‘Fluttuazioni di carica a lungo raggio non-commensurate nell’YBCO (ossido di rame, bario e ittrio)’, che dimostra per la prima volta che anche il più noto tra i materiali superconduttori ad alta temperatura critica basati sul rame (cuprati) è caratterizzato da un ordine di carica dinamico (meglio noto come stripes, “strisce”, dinamiche).
Ben quindici anni ci sono voluti per ottenere la conferma sperimentale di una fondamentale previsione teorica formulata negli anni novanta. Si tratta di un enorme passo avanti verso il sogno di progettare materiali che siano superconduttori a temperatura ambiente. Tali materiali, vengono ora realizzati sotto forma di film sottili con un altissimo controllo, a livello atomico, da parte di un team coordinato da Marco Salluzzo presso l’ Istituto Spin del CNR. Lo studio effettuato su tali materiali è stato guidata dal gruppo di Giacomo Ghiringhelli e Lucio Braicovich del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, associati all’ Istituto Spin del CNR, e dal gruppo del fisico Bernhard Keimer del Max Planck Institut di Stoccarda in Germania.
La scoperta è stata ottenuta con una tecnica di irraggiamento da parte di luce di sincrotrone di energia tale da interagire unicamente con i piani rame-ossigeno del materiale ove si origina il fenomeno della superconduttività. La risoluzione necessaria per misurare i raggi-X riemessi dopo l’interazione è stata ottenuta grazie agli spettrometri AXES e SAXES, in larga parte sviluppati dal Dipartimento di Fisica del Politecnico, con il contributo del CNR e dell’INFM, e ora installati presso i sincrotroni ESRF (Francia) e SLS (Svizzera).
La misura, eseguita con un grado di sensibilità mai raggiunto in precedenza, ha fornito l’informazione sulle proprietà del materiale ceramico in esame: la densità di carica elettrica si modula spontaneamente nel materiale superconduttivo (‘a zebra’ o ‘a macchia di leopardo’), ma solo a bassa temperatura. Non solo è stata confermata l’effettiva esistenza delle stripes (strisce), ma si è anche scoperto che esse hanno larghezza diversa dal previsto. Inoltre si è scoperto che tale ordine di carica e la superconduttività in tali materiali si influenzano reciprocamente.
Si tratta di un nuovo cruciale tassello utile a ricostruire il misterioso puzzle dei cuprati, materiali le cui caratteristiche superconduttive rimangono prive di spiegazione teorica a quasi trenta anni dalla loro scoperta. Questo aiuterà gli scienziati impegnati nella progettazione in laboratorio di materiali superconduttivi più efficienti, che potranno essere così utilizzati a temperature sempre più semplici da raggiungere.
Tutti i superconduttori conducono elettricità con resistenza nulla solo a bassissime temperature. Ma mentre i superconduttori cosiddetti tradizionali richiedono l’uso del raro e carissimo elio liquido (-269°C, ovvero solamente 4,2 gradi sopra lo zero assoluto), i cuprati come l’YBCO sono raffreddabili con il più comune ed economico azoto liquido (-196°C). L’obiettivo è di fare a meno, un giorno, anche di questo mezzo refrigerante potendo disporre di superconduttori con temperatura critica prossima a quella ambiente. Allora i superconduttori entreranno nella vita quotidiana di tutti noi.
Già oggi i materiali superconduttori sono utilizzati in vari ambiti tecnologici e scientifici di livello avanzato, quali la diagnostica medica per immagini (Risonanza Magnetica Nucleare), le telecomunicazioni (centraline per telefonia cellulare, in USA), i laboratori di ricerca (bobine per alti campi magnetici, dispositivi magnetometrici SQUID, e, venendo all’attualità di questi giorni, l’acceleratore di particelle LHC del CERN di Ginevra).
Lo studio, coordinato dal Politecnico di Milano e dal Max Planck Institut di Stoccarda, ha visto la partecipazione di altri sei gruppi di ricerca europei e americani: CNR/SPIN di Napoli, European Synchrotron Radiation Facility di Grenoble (Francia), Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (Germania), University of Waterloo (Canada), Canadian Light Source - University of Saskatchewan (Canada), University of British Columbia (Canada).
Per informazioni:
Giacomo Ghiringhelli, Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano e CNR/SPIN, piazza Leonardo da vinci 32, 20133 Milano, tel 02 2399606, cel 340 222 7179, e-mail: giacomo.ghiringhelli@fisi.polimi.it, web: www.fisi.polimi.it
Marco Salluzzo, CNR-SPIN Complesso MonteSantangelo, Via Cinthia 80126 Napoli, tel 081 676100 e-mail marco.salluzzo@spin.cnr.it, web: http://people.na.infn.it/salluzzo