Il graffano drogato dovrebbe supercondurre a 90K

C'è un problema con i superconduttori ad alta temperatura. Sono trascorsi più di due decenni dalla scoperta che alcuni ossidi di rame possono essere superconduttori a temperature superiori a 30 K.

Quegli anni sono stati pieni di promesse, iperboli e ricerche febbrili. I fisici sanno che gli ossidi di rame sono superconduttori in un modo completamente diverso dai superconduttori BCS convenzionali (dopo Bardeen, Cooper e Schrieffer, che hanno elaborato la teoria dietro di essi). Eppure nessuno è d'accordo su quale sia esattamente il nuovo meccanismo. Né nessuno ha creato un superconduttore che funzioni a una temperatura utilizzabile, cioè al di sopra della temperatura dell'azoto liquido.

Anche la recrudescenza dell'eccitazione lo scorso anno per la scoperta che il diboruro di magnesio superconduttori ad alte temperature, probabilmente nel vecchio modo BCS, ha presto lasciato il posto al malessere poiché i fisici hanno scoperto che non erano in grado di sfruttare la scoperta per creare superconduttori migliori. È allettante pensare che i superconduttori non supereranno mai la barriera dell'azoto liquido.

Ma oggi la speranza è ristabilita grazie a un'affascinante serie di calcoli effettuati da Gianluca Savini dell'Università di Cambridge nel Regno Unito e da un paio di amici. Calcolano le proprietà del grafano drogato con p dai primi principi e affermano che dovrebbe supercondurre a un mite 90K o più, ben all'interno dell'intervallo di raffreddamento dell'azoto liquido.

Inoltre, il grafano drogato con p dovrebbe supercondurre allo stesso modo dei vecchi superconduttori BCS. È curioso perché tutti credono che la superconduttività BCS non possa funzionare ad alte temperature.

Il motivo è l'energia dell'interazione tra gli elettroni superconduttori e il materiale circostante. Nei normali superconduttori BCS si pensa che questo sia solo poche decine di meV. Negli ossidi di rame, invece, queste interazioni hanno un'energia di poche centinaia di meV. È questa differenza che fa pensare ai fisici che i superconduttori BCS non funzioneranno mai alla temperatura degli ossidi di rame.

Eppure la scoperta che il diboruro di magnesio è superconduttore sfida l'energia del pensiero di queste interazioni in MgB2 è molto più alta. Tre fattori sembrano concorrere per renderlo possibile, affermano Savini e co. La prima è l'energia caratteristica dei fononi in MgB2 che è dovuta all'allungamento del legame e svolge un ruolo importante nell'aiutare i superconduttori attraverso la struttura. Il secondo è la densità elettronica degli stati nel materiale e infine indicano l'equilibrio tra l'accoppiamento attrattivo elettrone-fonone e l'interazione repulsiva elettrone-elettrone in MgB2.

Potrebbe essere possibile trovare materiali in cui queste quantità possono essere ulteriormente manipolate? Scommetti. Savini e colleghi hanno notato che il diamante drogato con p ha due di queste caratteristiche ma è superconduttore solo a 4K.

Tuttavia, calcolano che il grafano drogato con p si adatta esattamente al conto e dovrebbe supercondurre nel vecchio modo BCS a 90K. Inoltre, dicono che ci sono suggerimenti sul fatto che i nanofili di diamante drogati con p potrebbero avere proprietà simili.

Vari gruppi stanno già giocando con i nanofili di diamante drogati.

Le implicazioni di tutto ciò sono sorprendenti. Il primo è la possibilità di utili dispositivi superconduttori raffreddati solo da azoto liquido. Alla fine!

Ma c'è un'altra implicazione più esotica: creando porte simili a transistor con grafano drogato in modi diversi, dovrebbe essere possibile creare dispositivi in ​​cui la superconduttività può essere attivata e disattivata. Ciò renderà possibile una classe di switch completamente nuova.

Prima di tutto questo, tuttavia, qualcuno deve produrre grafane drogato con p. Sarà difficile. Il Graphane stesso è stato realizzato per la prima volta solo l'anno scorso presso l'Università di Manchester. Dovrebbe essere divertente seguire la corsa per creare e testare una versione drogata.

Rif: arxiv.org/abs/1002.0653 : Graphane drogato: un prototipo di superconduttore elettrone-fonone ad alta temperatura

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