Superconduzione

Ogni dispositivo elettronico di uso comune, se utilizzato per troppo tempo si riscalda a causa del noto effetto Joule, secondo il quale la collisione tra gli elettroni in transito e gli ioni del metallo conduttore che vibrano, produce calore. Se però abbassiamo sufficientemente la temperatura, la corrente circolerà in moto perpetuo senza disperdere energia anche per miliardi di anni, stando ad alcune stime.

La scoperta è dovuta al fisico olandese Heike Onnes, che nel 1911 scoprì questo fenomeno nel Mercurio raffreddato sotto i 4,2 gradi Kelvin; lo scienziato quindi si dedicò allo studio del fenomeno che trovò ripetersi in altri metalli come il Piombo e addirittura in alcuni composti.

Ciò che sta alla base di questo particolare fenomeno è che se gli ioni del reticolo del metallo conduttore sono sufficientemente freddi allora stanno anche fermi. Un elettrone che urta contro uno ione metallico non lo sposta (lo ione è migliaia di volte più pesante dell’elettrone), ma crea un quanto di energia vibrazionale, detto fonone, che a sua volta è in grado di legare un altro elettrone. Ecco che si è formata una “coppia di Cooper”, dal nome dello scopritore, composta da due elettroni legati da un fonone.

Qui il discorso si fa un po’ più complesso: un elettrone ha spin pari a +1/2 o -1/2, cioè un numero frazionario e dal momento che obbedisce alla statistica di Fermi-Dirac, viene definito fermione. I bosoni, come ad esempio i già citati fononi, hanno invece uno spin intero e obbediscono alla statistica di Bose-Einstein. Sommando gli spin di due elettroni otteniamo un numero intero, quindi le coppie di Cooper si comporteranno da bosoni che per loro natura tendono ad occupare gli stati quantici ad energia più bassa possibile, cosa che a causa del principio di esclusione di Pauli risulta impossibile agli elettroni “singoli”. Le coppie di Cooper quindi si muovono tutte le une rispetto alle altre evitando gli urti con gli ioni immobili con la minore energia possibile, quindi non oppongono alcuna resistenza elettrica.

La sfida tecnologica è quella di riuscire a produrre dei superconduttori caldi, che magari esibiscano questa proprietà anche a temperature superiori alla temperatura ambiente. Nel 1986 si è riusciti a sintetizzare un materiale superconduttore già ai 30 gradi Kelvin, e nell’ ’87 un altro materiale superconduttivo ai 90. Nell’ambito dei materiali nanostrutturati figurano più composti a base di fullerite la cui struttura è mostrata in figura. Il più performante è il CHBr3C60, superconduttivo a 117 K.

Immagine

Il record spetta tuttavia ad una ceramica a base di Perovskite e cuprati di Mercurio drogati con Tallio che esibisce il comportamento tipico dei superconduttori a 140 K.

Il fatto che il miglior superconduttore ad oggi esistente sia un materiale ceramico, che non dovrebbe avere alcun tipo di conduttività elettronica, alpiù ionica, pone dei quesiti che la scienza non è ancora in grado di soddisfare con risposte esaurienti, tuttavia le possibili applicazioni di questi materiali è un impulso non indifferente per la ricerca in questo settore.

Annunci
Contrassegnato da tag , , , ,

Rispondi

Effettua il login con uno di questi metodi per inviare il tuo commento:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...

SempliceMenteScienza

La Scienza spiegata... SempliceMente!!!

OggiScienza

La ricerca e i suoi protagonisti

Bizzarro Bazar

Strano, macabro, meraviglioso!

%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: