La grafite pirolettica altamente orientata potrebbe essere il materiale che permette la superconduttività a temperatura ambiente, secondo uno studio recente.
I materiali superconduttori possono trasmettere l’elettricità senza resistenza, rendendoli fondamentali per tecnologie avanzate ed efficienti. L’attuale svantaggio è che questa proprietà viene ottenuta solo al di sotto di una certa temperatura, spesso molto vicina allo zero assoluto. Anche i superconduttori ad alta temperatura rimangono al di sotto dello zero – ma gli scienziati stanno cercando il materiale che sarebbe superconduttivo a temperatura ambiente.
Il più recente “candidato” per questa ricerca è in realtà un materiale piuttosto comune in una configurazione piuttosto particolare: la grafite, la sostanza che costituisce la parte scrittura delle matite. Non tutta la grafite è uguale – singoli strati di essa, chiamati grafene, sono già stati acclamati come un materiale miracoloso con proprietà interessanti. Questo lavoro non si concentra su quello, ma piuttosto sulla grafite pirolettica altamente orientata (HOPG).
HOPG è una forma sintetica di grafite, in cui i cristalliti di grafite sono allineati tra loro in modo che gli angoli tra di essi siano estremamente piccoli. Questo è cruciale per le interessanti proprietà che questo materiale possiede oltre a quelle che si possono ottenere dalla matita. Il grafene può essere ottenuto utilizzando del nastro adesivo per rimuovere uno strato di grafite spesso un solo atomo. Anche in questo lavoro, il nastro adesivo è stato utile.
“Innanzitutto, abbiamo realizzato una divisione con nastro adesivo dei campioni di HOPG. La superficie divisa ha delle rughe che formano qualcosa di simile a un insieme di covoni. Queste rughe creano una casa per la superconduttività”, ha detto il co-autore Dr. Valerii Vinokur, Chief Technology Officer per gli Stati Uniti presso Terra Quantum, a IFLScience.
È nelle rughe di questo materiale che il team crede che si formino le coppie di Cooper. Queste sono coppie di elettroni che iniziano a interagire e finiscono per essere legate – la particella alla base della superconduttività. Nei materiali superconduttori, ciò avviene al di sotto di una temperatura specifica, chiamata temperatura critica. I ricercatori in questo lavoro non sono riusciti a individuare esattamente un valore per essa, ma era intorno alla temperatura ambiente, che è di 300 Kelvin (27 °C o 80 °F).
“Poiché questi HOPG sono molto inomogenei, la temperatura critica di superconduttività varia lungo il campione. E, come abbiamo dimostrato nel nostro lavoro, la superconduttività nella regione con la migliore metallicità si manifesta a temperatura ambiente, 300K”, ha detto il Dr. Vinokur a IFLScience.
Il team ha misurato la resistenza e la magnetizzazione del materiale, ed è coerente con il comportamento osservato in altri materiali superconduttori. L’importanza di avere un valore specifico per la temperatura critica è che i cambiamenti nel materiale dovrebbero avvenire in modo coerente e deciso dopo che quella soglia è stata superata.
Nella nostra indagine sulla pretesa che LK-99 fosse un superconduttore a temperatura ambiente l’estate scorsa, abbiamo intervistato la Professoressa Susie Speller del Centro di Oxford per la Superconduttività Applicata. Ha discusso l’importanza di valutare la resistenza e le proprietà magnetiche del materiale. Tuttavia, ha anche sottolineato l’importanza di misurare la capacità termica del materiale, che dovrebbe anche mostrare una transizione drammatica una volta superata la temperatura critica.
Abbiamo chiesto al Dr. Vinokur perché la capacità termica non è stata inclusa nell’analisi. “I due modi fondamentali per confermare la superconduttività sono misurare la resistenza e la magnetizzazione. Misurare il cambiamento nella capacità termica specifica è il modo più esquisito che può essere utilizzato per estrarre i dati aggiuntivi, ma questo non è il modo fondamentale per stabilire la superconduttività. Abbiamo stabilito la superconduttività misurando la resistenza e la magnetizzazione”, ha risposto il Dr. Vinokur.
Come è prassi con le affermazioni straordinarie, la comunità scientifica avrà bisogno di raccogliere prove straordinarie – non solo la capacità termica, ma anche i molti altri modi per testare la superconduttività. Avere un materiale superconduttore a pressione e temperatura ambiente sarebbe una svolta che cambierebbe la civiltà, portando tecnologie che attualmente sono possibili solo nella nostra immaginazione.
Un articolo che discute questo lavoro è pubblicato sulla rivista Advanced Quantum Technologies.
