Tecnologia e Scienza

Il titanato di stronzio, un superconduttore dal comportamento inspiegabile

Gli scienziati stanno cercando di decifrare un mistero: perchè il titanato di stronzio sfida tutte le teorie fisiche dei semiconduttori?

Fino alla scoperta del titanato di stronzio, non esistevano superconduttori non metallici.

Questo strano ossido (SrTiO3), a basse temperature, è in grado di condurre elettricità senza alcuna resistenza ma, al contrario dei metalli, non esistono ancora spiegazioni su come faccia. In altre parole, il titanato di stronzio non rispetta le teorie esistenti sui materiali superconduttori. Per gli scienziati, il mistero che si nasconde dietro a questo materiale potrebbe preparare il terreno per una rivoluzione nell’elettronica.

Una nuova ricerca condotta dallo US Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory alla Stanford University (Stati Uniti) ha rilevato che il titanato di stronzio si comporta in modo opposto ai metalli superconduttori. Secondo i fisici è un sistema in cui tutto è capovolto!

Per capire un po’ meglio cosa ciò possa significare, facciamo un passo indietro per vedere come un materiale possa condurre elettricità senza alcuna resistenza, come fanno per l’appunto i superconduttori.

Gli elettroni che si spostano dal punto A al punto B, di solito, devono attraversare una folla brulicante di atomi, sottoposti a due diverse tensioni. Anche lasciando gli atomi a riposo, la maggior parte dei materiali attira gli atomi che, anche per rimanere fermi, consumano energia per vincere questa tensione.

Una coppia che supera facilmente tutti gli ostacoli

Ma i superconduttori sono diversi. A una temperatura abbastanza bassa, gli atomi oscillano in modo tale che i loro elettroni riescono a superare la forza elettrostatica repulsiva che li allontanerebbe l’uno dall’altro, alleandosi in quelle che sono note come coppie di Cooper. In coppia, i due elettroni condividono lo stesso stato quantico. Proprio grazie a questa stretta connessione, le coppie di elettroni riescono a trovare il percorso più semplice attraverso la giungla di atomi, consentendo loro di scivolare senza sforzo attraverso l’ambiente circostante.

Proprio grazie ai propri elettroni, i metalli costituiscono la maggior parte dei materiali superconduttori. Infatti, per diversi decenni dopo la loro scoperta nel 1911, non esistevano superconduttori non metallici. Fino a quando non è stato scoperto lo stronzio titanato.

Superconduttori non convenzionali

Negli anni ’60 questo strano ossido è risultato avere proprietà superconduttive quando, a detta di tutti, non avrebbe dovuto averne. È uno di quei materiali, chiamati superconduttori non convenzionali, che non possono essere spiegati dalle teorie correnti.

I ricercatori sperano che, studiando il comportamento estremo del titanato di stronzio, riusciranno ad ottenere informazioni sulla ricetta che porta alla superconduttività in questi materiali non convenzionali, compresi quelli che funzionano a temperature più elevate.

Ovviamente, condurre elettricità senza resistenza, quindi senza dover sprecare energia che viene persa  in calore, sarebbe un enorme vantaggio per l’elettronica. Ecco perchè gli scienziati hanno analizzato il comportamento degli atomi del titanato di stronzio usando la spettroscopia a effetto tunnel. Sorprendentemente, è emerso che, al contrario degli altri materiali dove si accoppiano gli elettroni per scivolare senza ostacoli, il titanato di stronzio fa un po’ il contrario. Tuttavia, il risultato finale si allinea perfettamente con la teoria della superconduzione.

Quindi, il titanato di stronzio sembra essere un superconduttore non convenzionale che, per certi aspetti, agisce come uno convenzionale.

C’è ancora molto lavoro da fare in questo settore e le ricerche sui superconduttori non convenzionali, in particolare, sul titanato di stronzio, sono solo all’inizio. Ma la speranza che gli scienziati non osano confessare è quella di scoprire, un giorno, un nuovo tipo di conduzione elettrica.

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