Atomi ultrafreddi per capire la superconduttività – Le Scienze

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Un metodo sperimentale per controllare la validità delle attuali teorie sulla superconduttività ad alta temperatura è stato messo a punto da un gruppo di ricercatori della Rice University, che lo illustrano in un articolo pubblicato su “Nature”.

La superconduttività è quel fenomeno per cui diversi materiali raffreddati a temperature molto prossime allo zero assoluto non offrono alcuna resistenza alle cariche elettriche, che possono così fluire liberamente. Una trentina di anni fa si scoprì che in alcuni particolari materiali la superconduttività si manifesta anche a temperature relativamente alte, intorno ai 70 kelvin, senza però che si riuscisse a chiarire completamente i meccanismi che permettono la comparsa di questa superconduttività “non convenzionale”.

Schema dell’apparato usato per creare il reticolo ottico. (Cortesia P. Duarte/Rice University)
L’ipotesi più promettente per spiegare la superconduttività ad alta temperatura, il cosiddetto modello di Hubbard, si era finora infatti scontrata con due ostacoli. Da un lato, le equazioni che lo descrivono sono formalmente semplici ed eleganti, ma complessivamente formano un sistema la cui risoluzione sfida le capacità di calcolo dei più potenti supercomputer: “A causa della complessità delle soluzioni – spiega Randall G. Hulet, che ha diretto lo studio – non possiamo calcolare le proprietà del modello se non per un numero molto piccolo di elettroni sul reticolo cristallino del materiale.”

D’altra parte, la messa a punto di un modello sperimentale che permettesse di restringere sufficientemente i margini d’incertezza del modello teorico di Hubbard si è scontrata con il fatto che i materiali elettronici reali sono estremamente complessi, con impurità e difetti reticolari molto difficili da controllare in modo adeguato.

Ora, Hulet e colleghi sono riusciti a ottenere un modello fisico soddisfacente del modello teorico di Hubbard, creando un sistema che imita il materiale elettronico reale, ma senza i suoi difetti reticolari e impurità.

Nel sistema di Hulet un gruppo di atomi viene raffreddato a temperature così basse che il loro comportamento è dettato unicamente dalle regole della meccanica quantistica, le stesse che gli elettroni seguono quando scorrono in un superconduttore. Più specificamente, nel sistema di Hulet, gli atomi ultrafreddi imitano il comportamento degli elettroni in un reticolo cristallino di superconduttore, reticolo che nel sistema è simulato da una trappola ottica di fasci laser.

In questo modo, i ricercatori hanno potuto confermare che la comparsa di alcune proprietà, e in particolare dell’antiferromagnetismo, si conforma esattamente a quanto previsto dal modello teorico di Hubbard. Proseguendo gli esperimenti, i ricercatori sperano di riuscire a confermare completamente quel modello o, eventualmente, a correggerlo.

Source: www.lescienze.it

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