Superconduttività ad alte temperature: differenze tra le versioni
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→Storia: anno scoperta che MgB2 è superconduttore a 39K |
→Storia: 2006 superconduttore ferroso |
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Molti superconduttori ceramici si comportano fisicamente come [[Superconduttività del II tipo|superconduttori del secondo tipo]], ossia, contrariamente ai superconduttori del primo tipo che espellono completamente i campi magnetici ([[Effetto Meissner-Ochsenfeld|effetto Meissner]]), essi consentono a tali campi di penetrare al loro interno in [[Quantizzazione del flusso|unità di flusso quantizzate]], creando vortici nel campo ([[Flussone|flussoni]]) che consentono di mantenere la superconduttività anche in presenza di campi magnetici elevati, oltre 100 [[Tesla (unità di misura)|T]]. Non sono però adatti per applicazioni come i magneti per gli [[Spettrometro di massa|spettrometri di massa]], che richiedono [[Corrente elettrica|correnti elettriche]] elevate,<ref>{{Cita pubblicazione|autore=S. Graser|autore2=P. J. Hirschfeld|autore3=T. Kopp|data=27 giugno 2010|titolo=How grain boundaries limit supercurrents in high-temperature superconductors|rivista=[[Nature Physics]]|volume=6|numero=8|pp=609-614|doi=10.1038/nphys1687|bibcode=2010NatPh...6..609G|arxiv=0912.4191}}</ref> infatti, la capacità di sopportare [[Densità di corrente elettrica|densità di corrente]] elevate è una terza proprietà ricercata insieme all'elevata temperatura critica e la resistenza a campi magnetici intensi.
Dal [[2015]] si sono cominciati a scoprire composti a base di [[idrogeno]] ([[Idruro|idruri]]), in grado di mantenere la superconduttività a temperatura ambiente, al prezzo però di pressioni elevatissime, dell'ordine di centinaia di GPa, quasi un milione di volte la [[pressione atmosferica]].<ref name=":0">{{Cita web|url=https://www.phys.uniroma1.it/fisica/sites/default/files/allegati_notizie/Version_IT.pdf|titolo=Ricercatori della Sapienza scoprono che la superconduttività a -23 °C osservata nel super-idruro del lantanio è dovuta alle fluttuazioni
quantistiche dei protoni}}</ref><ref name=":1">{{Cita web|url=https://www.lescienze.it/news/2020/10/15/news/primo_superconduttore_alta_temperatura-4817522/|titolo=Il primo superconduttore a temperatura ambiente entusiasma e sconcerta|sito=Le Scienze|data=2020-10-15|lingua=it|accesso=2020-12-07}}</ref><ref name=":2">{{Cita pubblicazione|nome=Elliot|cognome=Snider|nome2=Nathan|cognome2=Dasenbrock-Gammon|nome3=Raymond|cognome3=McBride|data=2020-10|titolo=Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride|rivista=Nature|volume=586|numero=7829|pp=373-377|lingua=en|accesso=2021-06-21|doi=10.1038/s41586-020-2801-z|url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020Natur.586..373S/abstract}}</ref>.
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== Storia ==
[[File:Timeline_of_Superconductivity_from_1900_to_2015.svg|miniatura|462x462px| Cronologia delle scoperte dei superconduttori. Sulla destra si può vedere la temperatura dell'azoto liquido, che di solito divide i superconduttori ad alte temperature da quelli a basse temperature. I cuprati sono visualizzati come diamanti blu e i superconduttori ferrosi come quadrati gialli. L'[[ossido di magnesio]] e altri [[Teoria BCS|superconduttori BCS]] (metallici) a bassa temperatura sono visualizzati come riferimento in cerchi verdi.]]
La superconduttività fu scoperta da [[Heike Kamerlingh Onnes|Kamerlingh Onnes]] nel [[1911]], portando il mercurio a temperature inferiori a {{M|4,2|ul=K}}. Da allora, i ricercatori hanno tentato di osservare la superconduttività a temperature crescenti con l'obiettivo di trovare un superconduttore a temperatura ambiente.<ref>{{Cita libro|autore=Mourachkine, A.|titolo=Room-Temperature Superconductivity|anno=2004|pp=cond–mat/0606187|opera=(Cambridge International Science Publishing, Cambridge|ISBN=978-1-904602-27-9}}</ref> Tra il [[1946]] e il [[1973]], vennero scoperti diversi composti metallici a base di [[niobio]], come [[Niobio titanio|NbTi]], [[Niobio stagno|Nb<sub>3</sub>Sn]] e [[Niobio Germanio|Nb<sub>3</sub>Ge]], che, oltre alla capacità di sopportare campi magnetici superiori a 10 [[Tesla (unità di misura)|tesla]], avevano temperature critiche molto più elevate di quelle dei metalli elementari, arrivando a superare i {{Converti|22|K|C}}.<ref>{{Cita web|url=https://home.cern/news/news/engineering/once-upon-time-there-was-superconducting-niobium-tin|titolo=Once upon a time, there was a superconducting niobium-tin...|sito=CERN|lingua=en|accesso=2021-02-14}}</ref><ref>{{Cita web|url=http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v26/i10/p17_s2?isAuthorized=no|titolo=Record superconductor at 22.3 K {{!}} Print Edition - Physics Today|sito=archive.vn|data=2013-04-15|accesso=2021-02-14|dataarchivio=15 aprile 2013|urlarchivio=https://archive.is/20130415165724/http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v26/i10/p17_s2?isAuthorized=no}}</ref>
Nel 1957 venne fornita la prima spiegazione a tale fenomeno mediante la [[teoria BCS]].
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Tali risultati non erano spiegabili nell'ambito della teoria BCS, considerata valida fino a massimo 25-30 K,<ref name=":3">{{Cita pubblicazione|nome=Adam|cognome=Mann|data=2011-07-01|titolo=High-temperature superconductivity at 25: Still in suspense|rivista=Nature|volume=475|numero=7356|pp=280-282|lingua=en|accesso=2022-09-09|doi=10.1038/475280a|url=https://www.nature.com/articles/475280a}}</ref> ma l'anno successivo, all'[[università di Princeton]], [[Philip Warren Anderson|Philip Anderson]] diede una prima descrizione teorica di questi materiali, basata sulla [[teoria del legame di valenza risonante]] (teoria RVB).<ref name="Anderson87">{{Cita pubblicazione|autore=Anderson|nome=Philip|anno=1987|titolo=The Resonating valence bond state in la-2CuO-4 and superconductivity|url=https://archive.org/details/sim_science_1987-03-06_235_4793/page/n79|rivista=Science|volume=235|numero=4793|pp=1196-1198|doi=10.1126/science.235.4793.1196|bibcode=1987Sci...235.1196A|PMID=17818979}}</ref> Sempre nel 1987 Bickers, Scalapino e Scalettar proposero che il fenomeno potesse essere spiegato supponenedo che anche qui, come nella teoria BCS, si formino coppie di elettroni ([[Coppia di Cooper|coppie di Cooper]]) ma il loro legame sia descritto dalle [[Funzione d'onda|funzioni d'onda]] degli [[Orbitale atomico|orbitali atomici ''d'']] (con [[numero quantico orbitale]] ''l''=2), anziché da quelli ''s'' (con numero quantico orbitale ''l''=0), come nella teoria BCS base.<ref name="bickers87">{{Cita pubblicazione|autore=Bickers|nome=N.E.|anno=1987|titolo=CDW and SDW mediated pairing interactions|rivista=Int. J. Mod. Phys. B|volume=1|numero=3n04|pp=687-695|doi=10.1142/S0217979287001079|bibcode=1987IJMPB...1..687B|autore2=Scalapino|autore3=Scalettar|nome2=D. J.|nome3=R. T.}}</ref> Nel 1988 tre successive teorie furono proposte: da Inui, Doniach, Hirschfeld e Ruckenstein,<ref name="inui88">{{Cita pubblicazione|autore=Inui|nome=Masahiko|anno=1988|titolo=Coexistence of antiferromagnetism and superconductivity in a mean-field theory of high-Tc superconductors|rivista=Phys. Rev. B|volume=37|numero=10|pp=5182-5185|doi=10.1103/PhysRevB.37.5182|bibcode=1988PhRvB..37.5182D|url=http://prb.aps.org/abstract/PRB/v37/i4/p2320_1|PMID=9943697|autore2=Doniach|autore3=Hirschfeld|nome2=Sebastian|nome3=Peter J.|urlarchivio=https://archive.is/20130703172401/http://prb.aps.org/abstract/PRB/v37/i4/p2320_1}}</ref> usando la teoria della [[Fluttuazione quantistica|flutuazione]] dello [[spin]]; da Gros, Poilblanc, Rice e Zhang;<ref name="gros88">{{Cita pubblicazione|autore=Gros|nome=Claudius|anno=1988|titolo=Superconductivity in correlated wavefunctions|rivista=Physica C|volume=153–155|pp=543-548|doi=10.1016/0921-4534(88)90715-0|bibcode=1988PhyC..153..543G|autore2=Poilblanc|autore3=Rice|nome2=Didier|nome3=T. Maurice}}</ref> da Kotliar e Liu, identificando la funzione d'onda ''d'' come conseguenza naturale della teoria RVB.<ref name="kotliar88">{{Cita pubblicazione|autore=Kotliar|nome=Gabriel|anno=1988|titolo=Superexchange mechanism and d-wave superconductivity|rivista=Physical Review B|volume=38|numero=7|p=5182|doi=10.1103/PhysRevB.38.5142|bibcode=1988PhRvB..38.5142K|PMID=9946940|autore2=Liu|nome2=Jialin}}</ref> La conferma del fatto che la funzione d'onda ''d'' sia alla base dei superconduttori a cuprati è stata ottenuta con una serie di verifiche sperimentali sulla presenza di tali configurazioni, tra cui l'osservazione diretta dei nodi di tali funzioni (punti in cui le funzioni si annullano e che non sono presenti nel caso di funzioni ''s'') nello spettro di eccitazione attraverso la [[Spettroscopia fotoelettronica|spettroscopia di fotoemissione]] risolta in angolo, l'osservazione di [[Quantizzazione del flusso|flussi magnetici a quantizzazione]] semi intera in esperimenti di [[Effetto tunnel|tunneling]] e indirettamente dalla dipendenza della temperatura dalla profondità di penetrazione, calore specifico e [[conducibilità termica]].
Nel [[2001]] si è scoperto che il [[diboruro di magnesio]] è superconduttore a {{Converti|39|K|C|}},<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Jun|cognome=Nagamatsu|nome2=Norimasa|cognome2=Nakagawa|nome3=Takahiro|cognome3=Muranaka|data=2001-03|titolo=Superconductivity at 39 K in magnesium diboride|rivista=Nature|volume=410|numero=6824|pp=63–64|lingua=en|accesso=2025-07-27|doi=10.1038/35065039|url=https://www.nature.com/articles/35065039}}</ref> ma le cause sono
Nel [[2006]] si è soperto il primo materiale superconduttore composto da ferro anzichè rame, con una temperatura critica di {{Converti|43|K|C|}}.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Yoichi|cognome=Kamihara|nome2=Hidenori|cognome2=Hiramatsu|nome3=Masahiro|cognome3=Hirano|data=2006-08-01|titolo=Iron-Based Layered Superconductor: LaOFeP|rivista=Journal of the American Chemical Society|volume=128|numero=31|pp=10012–10013|accesso=2025-07-27|doi=10.1021/ja063355c|url=https://doi.org/10.1021/ja063355c}}</ref>
Dal [[2015]] si sono cominciati a scoprire composti a base di idrogeno, in grado di raggiungere la superconduttività a temperatura ambiente ma a pressioni elevatissime, dell'ordine di centinaia di GPa (milioni di volte la [[pressione atmosferica]]).<ref name=":0" /><ref name=":1" /> Nel [[2019]] si è raggiunta una temperatura critica di {{M|-23|ul=°C}} nel LaH<sub>10</sub>, un super-[[idruro]] del [[lantanio]], a una pressione superiore a 100 [[Pascal (unità di misura)|GPa]]<ref name=":0" />, e nel [[2020]], utilizzando al posto del lantanio, carbonio e zolfo, la temperatura di {{M|15|ul=°C}} a una pressione di 267 GPa, oltre 2,6 milioni di volte la pressione atmosferica,<ref name=":1" /><ref name=":2" /> anche se quest'ultimo risultato è stato messo in discussione.<ref name=":4">{{Cita pubblicazione|nome=J. E.|cognome=Hirsch|nome2=F.|cognome2=Marsiglio|data=2021-08-26|titolo=Absence of high temperature superconductivity in hydrides under pressure|rivista=Nature|volume=596|numero=7873|pp=E9–E10|accesso=2022-09-28|doi=10.1038/s41586-021-03595-z|url=http://arxiv.org/abs/2010.10307}}</ref> Il superconduttore a pressione ambiente con la più alta temperatura di transizione ad oggi noto è il cuprato di mercurio, bario e calcio, a circa {{Converti|133|K|C|}}.<ref name="Schi" />
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