di Elizabeth K. Gardner
WEST LAFAYETTE, Ind. – Molti ricercatori che studiano la superconduttività si sforzano per creare un campione pulito, puro e perfetto, ma un team di fisici ha scoperto che alcuni difetti possono essere la chiave delle abilità di materiali unici. Erica Carlson, professore associato di fisica alla Purdue University, ha guidato un team che ha mappato linee scure apparentemente causali di elettroni, larghe quattro atomi, sulla superficie di cristalli superconduttori di rame-ossigeno. Il team ha scoperto uno schema in queste linee, che sono separate dall'attesa struttura del materiale e anche che esse esistono per tutto il cristallo. Questo suggerisce che le linee potrebbero giocare un ruolo nella superconduttività a temperature più elevate di alcuni materiali rispetto ad altri. “Questo materiale è ceramico, come i vostri piatti e non conduce elettricità, ma nelle giuste condizioni conduce elettricità perfettamente senza perdita d'energia”, dice la Carlson. “Una migliore comprensione del come e perchè questo superconduttore funziona, potrebbe aiutarci a progettarne dei migliori. Se possiamo creare un superconduttore che funziona a temperature abbastanza alte, questo potrebbe trasformare il modo in cui generiamo e usiamo l'energia.” Per esempio, i fili superconduttori a temperatura ambiente potrebbero portare a linee di trasporto che non perdono energia nel transito, così ne risparmeremmo molta e anche molto denaro. I superconduttori hanno anche speciali proprietà magnetiche che potrebbero permettere la levitazione dei treni e magneti permanenti più durevoli come quelli delle turbine eoliche, riferisce la Carlson.
Gli elettroni confinati in queste linee misteriose, si comportano in modo profondamente diverso da quelli che si muovono liberamente nel cristallo ed è stato suggerito che possano giocare un ruolo nella superconduttività. Tuttavia, non sappiamo se le linee siano effetti di superficie o si estendendano nel materiale, perchè il microscopio a scansione che le rivela, può essere usato solo sulla superficie del materiale. Carlson ha collaborato con Karin Dahmen dell'Università dell'Illinois e con lo studente laureato a Purdue, Benjamin Phillabaum, su uno studio per esaminare le piccolissime linee disposte verticalmente o orizzontalmente lungo la superficie del cristallo. Trattando gruppi di linee parallele vicine come parte di un singolo “cluster”, il team ha scoperto che gli schemi formati dai clusters sono di natura frattale, ovvero cadono tra due dimensioni di spazio, ha detto la Carlson.
“Pensando ad un frattale, immaginate un pezzo di carta spiegazzato”, ha detto. “E' più che il pezzo bidimensionale di carta ed entra nelle tre dimensioni, ma non riempe bene questo spazio. Non è una vera solida palla. I frattali possono occupare frazioni di una dimensione. Essi hanno anche uno schema che viene mantenuto osservandono parti sempre più piccole.” Gli schemi frattali sono compresi matematicamente e quelli presenti sulla superficie dei superconduttori ad alta temperatura, a base di rame-ossigeno, potrebbero essere confrontati con modelli conosciuti del come possa nascere tale schema. Usando questa informazione, il team ha potuto determinare che questi schemi hanno origine all'interno del materiale. Un documento con i dettagli della ricerca finanziata da NSF e la Research Corporation for Science Advancement, è stato pubblicato su Nature Communications.
Gli schemi frattali ci danno anche informazioni sullo spazio che occupano e attraverso questo lavoro il team ha sviluppato un nuovo metodo di analisi per comprendere i materiali e le interazioni dentro di essi, riferisce la Carlson. “Se vedete la formazione dello schema, allora potete cercare di identificare la fisica fondamentale che lo causa”, ha detto. “Si può applicare a molti sistemi e materiali oltre i superconduttori”. Carlson ha riferito che il metodo potrebbe essere usato per identificare la classe dominante di disordine presente in un materiale, che aiuta a capire le sue caratteristiche uniche.
“Vogliamo andare oltre il cercare di escludere il disordine, sforzandoci per una purezza irraggiungibile nei materiali che esaminiamo e invece pensiamo di prendere in considerazione il disordine e usarlo a nostro vantaggio”, ha detto la Carlson. “Queste piccole imperfezioni dove non c'è un perfetto allineamento cristallino, sono importanti e i vecchi metodi che le ignoravano, hanno fallito nel comprendere una fisica importante. I difetti in queste linee sono come una impronta digitale. Essi rivelano l'identità più profonda.”
Il team pianifica di cercare la formazione di schemi in altri materiali superconduttivi.
Sito web relativo: http://www.purdue.edu/www.physics.purdue.edu/~erica/
Studio scientifico: Spatial Complexity Due to Bulk Electronic Nematicity in a Superconducting Underdoped Cuprate
Tradotto da Richard per Altrogiornale.org
Immagine: Erica Carlson, fisico della Purdue, davanti ad una illustrazione dei clusters frattali presenti nel materiale superconduttivo bsato su rame-ossigeno. (Purdue University photo/Mark Simons)
Fonte: http://www.purdue.edu/newsroom/releases/2012/Q3/superconductor-flaws-could-be-key-to-its-abilities.html
Vedi: https://www.altrogiornale.org/news.php?item.6294.7