Sperimentata superconduttività ad alta temperatura su gas di Fermi

Gli scienziati dell'Università di Amburgo hanno provato effetti di superconduttività ad alta temperatura, aprendo nuove prospettive sulla scienza dei materiali

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La superconduttività ad alta temperatura è un fenomeno fisico ancora non pienamente compreso, ma che, se applicato, potrebbe rivoluzionare la distribuzione di energia. Alcuni scienziati della Universitat Hamburg e del CUI: Advanced Imaging of Matter sono riusciti a osservare, per la prima volta, una rilevante evidenza di superfluidità in un sistema costituito da una nuvola di gas bidimensionale. Gli esiti della sperimentazione, finalizzata allo studio della superconduttività ad alta temperatura su sistemi modelli controllati, sono stati pubblicati nella rivista Science.

Esistono dei fenomeni che non pensiamo possano accadere: per esempio, sappiamo che una certa quantità di acqua non può fluire da un bicchiere all’altro attraversando le pareti. Ma, se la barriera tra i due liquidi è sufficientemente sottile, allora la meccanica quantistica permette questo flusso. Grazie a un fenomeno quantomeccanico, l’effetto tunnelling, le particelle possono penetrare la barriera anche se la barriera è più alta del livello dei liquidi. Inoltre, questa corrente di particelle fluisce anche quando il livello dei due contenitori è lo stesso o quando la corrente debba fluire leggermente verso l’alto. Affinché avvenga ciò, è necessario che i fluidi nei contenitori siano dei superfluidi, ovvero in grado di fluire attorno agli ostacoli senza resistenze.

Brian Josephson aveva già previsto, nella sua tesi di laurea, questo fenomeno, per la cui rilevante importanza lo scienziato è stato insignito del Premio Nobel (1973). Questa corrente è veicolata solo dalla natura ondulatoria dei superfluidi che, tra le altre cose, permette al superfluido di oscillare avanti e indietro tra i due contenitori: un fenomeno noto come oscillazioni di Josephson.

L’effetto Josephson è stato osservato per la prima volta, tra due superconduttori, nel 1962. Nell’esperimento, in analogia con il flusso di acqua senza differenza di livello, una corrente elettrica poteva fluire attraverso un contatto tunnel senza l’applicazione di una differenza di potenziale. Questa scoperta diede la prova evidente che fosse possibile osservare la natura ondulatoria della materia nei superconduttori anche a livello macroscopico.

Per la prima volta, il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Henning Moritz (Institute of Laser Physics della Università di Amburgo), è riuscito a osservare le oscillazioni di Josephson in un gas di Fermi bidimensionale.



Il gas di Fermi, in pratica, è una nuvola di gas costituita solo da qualche centinaio di atomi, che, se raffreddati a qualche milionesimo di grado sopra lo zero assoluto, diventano superfluidi. Questi gas possono quindi essere utilizzati per studiare quei superfluidi in cui le particelle interagiscono fortemente fra di loro e vivono solo in due dimensioni, una combinazione che sembra essere essenziale per la superconduttività ad alta temperatura, ma che ancora non è stata pienamente compresa.

L’evidente visibilità delle oscillazioni di Josephson nell’esperimento ha dato prova della coerenza di fase del gas di Fermi 2-D ultra raffreddato. L’alto grado di controllo sui sistemi oggetto dell’esperimento permettono anche di misurare la corrente critica al di sopra della quale la superfluidità svanisce.

Questa svolta apre nuove opportunità per ottenere informazioni sulla natura dei superfluidi bidimensionali fortemente correlati, che sono di rilevante importanza per la fisica moderna, ma di difficile simulazione teorica.

Fonte: Science

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