I superconduttori ad alta temperatura, una classe rivoluzionaria di materiali scoperti oltre quattro decenni fa, racchiudono un immenso potenziale per i progressi tecnologici. Questi materiali presentano una resistenza elettrica pari a zero, consentendo all’elettricità di fluire liberamente senza alcuna perdita di energia, anche a temperature significativamente più elevate di quelle richieste dai superconduttori convenzionali. Sebbene questa straordinaria proprietà abbia già trovato applicazioni in vari campi, il meccanismo alla base della superconduttività ad alta temperatura rimane un mistero.
Al centro di questo fenomeno si trovano le interazioni tra portatori di carica – particelle responsabili del trasporto di corrente elettrica – che consentono loro di muoversi senza sforzo attraverso la struttura atomica del materiale. Un recente studio condotto da un gruppo di ricerca internazionale presso BESSY II, pubblicato su Nature Communications, fa luce su queste interazioni cruciali all’interno di un tipo specifico di superconduttore ad alta temperatura chiamato composti cuprati.
I ricercatori si sono concentrati su La₂CuO₄, un composto costituito da strati alternati di ossido di rame (CuO) e ossido di lantanio (LaO). Quando La₂CuO₄ viene trattato con atomi aggiuntivi (drogato), mostra una superconduttività inferiore a 40 Kelvin, con questo comportamento superconduttivo confinato agli strati di CuO. In particolare, gli strati di LaO rimangono isolanti anche in queste condizioni.
Il team ha utilizzato una tecnica sofisticata chiamata spettroscopia di coincidenza fotoelettronica Auger abbinata a impulsi di raggi X specializzati presso BESSY II. Ciò ha permesso loro di misurare con precisione l’energia delle coppie di portatori di carica – in particolare, i buchi di ossigeno, che essenzialmente sono elettroni mancanti attorno agli atomi di ossigeno – all’interno di ogni strato.
Cosa hanno scoperto? Le energie di interazione tra questi portatori di carica erano significativamente più deboli negli strati di CuO (dove si verifica la superconduttività) rispetto agli strati isolanti di LaO. Questa scoperta suggerisce che le interazioni più deboli all’interno degli strati di ossido di rame potrebbero essere un fattore chiave che consente la formazione di coppie di Cooper – coppie di elettroni legati responsabili del comportamento superconduttore.
Questa ricerca fornisce informazioni cruciali sulla complessa interazione tra portatori di carica e le loro interazioni nei composti cuprati. Sebbene rimanga molto sconosciuto sulla superconduttività ad alta temperatura, questo studio individua un’interessante differenza nelle energie di interazione che potrebbe contribuire in modo significativo a sbloccare il suo pieno potenziale. Le future indagini che esplorano queste differenze in modo più dettagliato potrebbero aprire la strada alla progettazione di materiali superconduttori ancora migliori con applicazioni potenzialmente trasformative in diversi settori.
