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SUPERCONDUTTORI/ Dopo quella al silicio, sta arrivando l’elettronica con gli ossidi

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Superconduttore  Superconduttore

A trent’anni dalla scoperta dei superconduttori ad alta temperatura critica (Tc), restano ancora in gran parte ancora inspiegabili teoricamente alcune loro proprietà chimiche e fisiche, riassumibili nel cosiddetto “effetto di prossimità”, che li rendono così diversi dai superconduttori “tradizionali”. Sono connesse al rapporto tra superconduttività e magnetismo, la cui avversione reciproca è ben nota ed è all’origine della levitazione quantistica, nota come effetto Meissner, per cui un superconduttore respinge sempre una calamita, qualunque sia la sua orientazione. 

Ma questa repulsione avviene a distanza. Meno chiaro è invece ciò che accade se il magnete e il superconduttore sono posti in contatto diretto, cresciuti l’uno sull’altro così da avere una interfaccia perfettamente liscia su scala atomica. Ora, uno studio condotto da ricercatori del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, dell’Istituto SPIN del Cnr e della Federico II di Napoli sembra chiarisce i meccanismi microscopici dell’effetto di prossimità. 

Studiando come un superconduttore ad alta temperatura a base di rame e ossigeno viene modificato dalla deposizione di un sottilissimo film di materiale ferromagnetico a base di manganese e ossigeno, si è visto che, in tali condizioni, il materiale magnetico riesce ad abbattere parzialmente la barriera di super-correnti che solitamente protegge il superconduttore dai campi magnetici e lo magnetizza; con la conseguenza che le sue proprietà superconduttive ne soffrono e la sua temperatura critica si abbassa.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati a fine novembre scorso su Nature Communications in un articolo che ha come primi firmatari Giacomo Ghiringhelli, del Politecnico di Milano e Gabriella Maria De Luca del Cnr e della Federico II di Napoli, con la quale abbiamo approfondito il tema.

 

Come è nata la vostra ricerca?

Volevamo capire bene la relazione tra superconduttività e magnetismo, in quanto si tratta di due fenomeni incompatibili; in particolare nel caso dei superconduttori cosiddetti ad alta temperatura critica, cioè con quei materiali della famiglia dei cuprati (a base di ossidi di rame, ndr). In effetti, i composti-madre di questi superconduttori (quelli da cui si ottengono i superconduttori attraverso il drogaggio) hanno una struttura a piani ordinati di tipo anti-ferromagnetico; questo ordine anti-ferromagnetico a lungo range generalmente si perde col drogaggio e così i materiali diventano superconduttori. In precedenza avevamo visto su alcuni superconduttori che applicando un campo magnetico perpendicolare al piano responsabile della superconduttività, si osservava un debole ferromagnetismo tra i piani; il che indicava che sul rame ci sono degli spin che tra piano e piano si accoppiano ferromagneticamente.

 

Qual era quindi il problema?



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