Con due 'difetti' la superconduttività migliora

Una ricerca pubblicata sui 'Proceedings of the Us National Academy of Sciences', a cura di un team internazionale composto da ricercatori dell'Istituto di cristallografia (Ic) del Cnr di Roma, dell'Istituto nazionale di fisica nucleare di Frascati (Rm), del Rome International Center for Materials Science Supertripes, del laboratorio europeo Esrf di Grenoble (Francia) e del London Center for Nanotechnology, apre prospettive per l'ingegneria di nuovi materiali superconduttori.

Il gruppo di ricerca ha messo a punto 'nano superconduttori frattali', ossia materiali a base di ossido di rame mantenuti in condizioni di superconduttività ottimale, caratterizzati cioè dalla proprietà di condurre elettricità senza resistenza, grazie a un complesso sistema di 'difetti': atomi di ossigeno che vengono introdotti nel composto di partenza per indurre la superconduttività, cui si aggiungono 'ondulazioni' su scala atomica che creano particolari 'distorsioni' del reticolo e che hanno dimostrato di poter migliorare la superconduttività ad alta temperatura.

"I componenti elettronici, come per esempio i circuiti integrati, funzionano grazie all'introduzione di difetti, cioè atomi 'droganti' che non fanno parte del materiale semiconduttore utilizzato - ad esempio il silicio - ma vengono inseriti allo scopo di modificare le proprietà elettroniche del materiale", spiega Gaetano Campi dell'Ic-Cnr. "I difetti controllano le proprietà elettriche anche di molti altri materiali importanti, inclusi gli ossidi di rame che sono superconduttori ad alta temperatura critica, oggi impiegati in diversi ambiti, quali apparecchiature di risonanza magnetica negli ospedali ed elettromagneti. Proprio negli ossidi di rame l'organizzazione dei difetti - tipicamente atomi di ossigeno - influenza fortemente la superconduttività, in particolare la temperatura critica, sotto la quale la superconduttività si manifesta".

La portata innovativa dello studio sta nell'aver dimostrato che è l'introduzione di due tipi di difetti - non  di uno - a determinare la superconduttività di un semplice composto del rame in cui gli atomi droganti di ossigeno (i-O) sono introdotti per indurre la superconduttività. Agli atomi d'ossigeno, detti 'interstiziali' per la loro capacità di muoversi nel materiale,  e che costituiscono il primo 'difetto', si aggiungono 'distorsioni reticolari', ovvero ondulazioni su scala atomica sui piani di ossido di rame che 'deviano' le posizioni atomiche rispetto a quelle che normalmente si verificherebbero in un materiale non drogato con gli ossigeni.

"Misure di microscopia a raggi X, ottenute mediante radiazione di sincrotrone presso la facility Esrf, hanno rivelato che le regioni del materiale che contengono difetti del secondo tipo sono 'anticorrelate' con le regioni caratterizzate dall'ordinamento del primo tipo di difetti: una sorta di competizione che in realtà fornisce i campioni superconduttori migliori", conclude Campi. "Ci sono quindi due reti di difetti ordinati - e non un solo network - come scoperto in precedenza, che devono essere introdotti per ottenere la superconduttività ottimale".

Fonte: Gaetano Campi, Istituto di cristallografia, Montelibretti, tel. 06/90672624 , email gaetano.campi@ic.cnr.it