Eccitazioni magnetiche e superconduttività ad alta temperatura critica

Lo stato di conduzione elettrica di tipo superconduttivo nei solidi trae origine da un'interazione attrattiva tra i portatori di carica, siano essi elettroni o lacune. La temperatura critica (Tc) della transizione superconduttiva dipende dall'energia caratteristica dell'interazione. Nel caso dei superconduttori tradizionali l'interazione è di tipo fononico, cioè mediata da "quanti" di vibrazioni reticolari che hanno un'energia dell'ordine di poche decine di meV, così che Tc è di pochi kelvin. Nei superconduttori ad alta temperatura critica (HTS), la Tc è maggiore di un ordine di grandezza, fino a 125K. A 25 anni dalla scoperta degli HTS, non è ancora stata chiarita la natura dell'interazione all'origine di Tc così elevate. Tutti gli HTS si ottengono drogando per via chimica dei composti "genitori" isolanti e caratterizzati da un ordine antiferromagnetico molto stabile. Per questa ragione si ipotizza che le elevate Tc possano essere spiegate da eccitazioni (o fluttuazioni) magnetiche, che in questi materiali hanno energie dell'ordine di alcune centinaia di meV. Mancava sinora un'evidenza sperimentale diretta che lo spettro di tali eccitazioni magnetiche sia abbastanza intenso. Il Politecnico di Milano e l'Istituto CNR-SPIN, in collaborazione con il Max-Planck Institut di Stoccarda, hanno condotto esperimenti fondamentali sulle eccitazioni magnetiche negli HTS. I risultati, ottenuti presso il sincrotrone svizzero SLS, del Paul Scherrer Institut, sono frutto dei recenti progressi nelle tecniche di diffusione anelastica risonante di raggi X (Resonant Inelastic X-ray Scattering, RIXS). È stato utilizzato SAXES, lo spettrometro ad alta risoluzione della beamline ADDRESS di SLS progettato e costruito presso il Politecnico di Milano. Nel lavoro è stata studiata l'evoluzione in funzione del drogaggio, e quindi di Tc, delle eccitazioni elementari magnetiche in un'ampia famiglia di HTS di composizione chimica YBa2Cu3Ox [1-3]. Contrariamente a quanto precedentemente ipotizzato sulla base di esperimenti di diffusione di neutroni, si è scoperto che tali eccitazioni magnetiche coesistono con la superconduttività, e che il loro peso spettrale è sostanzialmente conservato a tutti i livelli di drogaggio. Tali risultati, quindi, rivelano che l'alta temperatura critica potrebbe effettivamente essere attribuita a un'interazione magnetica tra i portatori di carica. Naturalmente, ulteriori studi teorici e sperimentali sono necessari per chiarire la relazione tra eccitazioni magnetiche e superconduttività ad alta Tc.

Autori: 1) M. Le Tacon, et al.; 2) Matthias Vojta; 3) Johanna Miller

Titolo: 1) Intense paramagnon excitations in a large family of high- temperature superconductors; 2) Magnetic fluctuations revealed; 3) Short-range spin waves may underlie high-temperature superconductivity

Rivista: 1)Nature Physics; 2) Nature Physics news&views; 3) Physics Today search&discovery

Anno: 2011

Riferimenti bibliografici: 1) 7 (2011), 725-730; 2) 7 (2011), pp. 675-676; 3) September (2011), pp.13-14