Tecnologia e Scienza

Il Santo Graal dei superconduttori

Niente è casuale come sembra. Ecco perchè la tavola periodica degli elementi potrebbe rivelare un modello nascosto che porterebbe dritto dritto al Santo Graal dei superconduttori!

Grazie ad un ingegnoso algoritmo, applicato ad una sezione della tavola periodica degli elementi, i fisici pensano di prevedere quali elementi potrebbero associarsi all’idrogeno per creare un superconduttore a temperatura ambiente.

Un simile materiale è considerato il Sacro Graal della fisica, poichè condurre elettricità con resistenza zero a temperattura ambiente, consentirebbe di realizzare dispositivi super-efficienti e reti elettriche che non bruciano fino al 7% della loro energia a causa della resistenza elettrica.

Di materiali superconduttori ne esistono ma, per funzionare, devono essere raffreddati a temperature estremamente basse o sottoposti a forti pressioni.

La geniale idea di uno studente

Adesso però, i ricercatori del Moscow Institute of Physics and Technology (Russia), hanno escogitato un processo per individuare quale tipo di metallo tra gli attinidi sia sufficientemente stabile, in determinate condizioni, per mostrare la superconduttività. Gli attinidi sono una serie di 15 metalli con numeri atomici alti, da 89 a 103, che nella tavola periodica si trovano accanto ad un altro strano gruppo di elementi, i lantanidi.

Osservazioni sul modo in cui i vari idruri metallici conducono l’elettricità a determinate temperature, hanno indotto i ricercatori a sospettare che ci fosse uno schema riflesso dalle loro posizioni nella tavola periodica, ma il collegamento esatto non era chiaro. Sperimentazioni ed errori ha portato i ricercatori agli attinidi, dove tutto lascia inteendere che sia un buon posto per cercare indizi. Così, adesso, hanno sviluppato un algoritmo che faccia corrispondere le proprietà degli idruri degli attinidi con la loro superconduttività.

L’idea, semplice ma geniale, è venuta ad uno studente del laboratorio di chimica dell’istituto russo, Dmitry Semenok. Sorprendentemente, nessuno aveva mai pensato prima ad una connessione tra la superconduttività e la tavola periodica.

In coppia si viaggia più veloci

Trovare un modo per prevedere quali elementi chimici possano essere aggregati per formare un superconduttore è un rompicapo non da poco.

Immaginiamo un filo perfetto che consenta agli elettroni di scivolare senza urtare alcun atomo, scorrendo perciò senza sprecare alcuna energia sotto forma di calore. Proprio come si comporta un superconduttore, che consente agli elettroni di accoppiarsi (coppie di Cooper) e correre via senza alcuna resistenza. Un’equivalente quantico di quello che avviene quando due persone condividono la stessa autovettura e possono viaggiare sulle corsie riservate al carpooling.

Il segreto sta in quel qualcosa che tiene le coppie di elettroni vicine l’una all’altra. Un effetto che nella maggior parte dei superconduttori si ottiene attraverso vibrazioni nella loro struttura (fononi). Ma poichè i fononi sono cose delicate, il materiale deve essere raffreddato a -234,5 °C. Una condizione che si riesce ad ottenere in laboratorio, ma che è difficilmente riproducibile nella vita reale. Senza parlare dei costi enormi per le attrezzature necessarie a raggiungere temperature tanto basse.

Alla ricerca del superconduttore caldo

Negli anni ’80, i ricercatori avevano scoperto che alcuni particolari materiali possono formare coppie di Cooper stabili attraverso un altro tipo di interazione, usando i propri elettroni ma elevando la pressione. Impiegando del puzzolente idrogeno solforato (puzza di uova marce), si riesce ad ottenere il superconduttore meno freddo che esiste, con una temperatra di -70 °C. Purtroppo, ciò richiede anche una pressione da 1,5 milioni di atmosfere!

Ma torniamo all’algoritmo del Moscow Institute of Physics and Technology, che utilizza le disposizioni degli elettroni degli attinidi per prevedere quale di loro possa interagire con l’idrogeno per fornire un reticolo ideale, che risulti in una forte interazione elettrone-fonone.

Il risultato dell’algoritmo è stata la scoperta degli idruri di actinio superconduttori, che potrebbero funzionare anche ad una temperatura calda: -20 °C. È ancora necessaria una pressione di 1,5 milioni di atmosfere ma, avere trovato un modo per abbinare elementi per creare materiali superconduttori caldi, è straordinario. Infatti, potrebbe presto portare alla scoperta di nuovi superconduttori.

Questa ricerca, che è stata pubblicata su The Journal of Physical Chemistry Letters, nonostante i numerosi ostacoli ancora da superare, alimenta fondate speranze sulla possibilità di disporre presto di una tecnologia a superconduttori utilizzabile comodamente anche nelle nostre case.

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