News dal NIST: superconduttori inusuali

Un team del National Institute of Standards and Technology (NIST) e dell’Università del Maryland ha trovato un superconduttore a base di ferro che opera ad una temperatura maggiore rispetto a qualunque materiale noto della sua categoria. La scoperta di tali superconduttori può avere applicazioni pratiche. Quando gli atomi di calcio presenti in un cristallo costituito da ferro, arsenico e calcio  sono sostituiti parzialmente da praseodimio essi possono supercondurre fino alla temperatura di 47 K; tali cristalli, tuttavia, possono anche collassare fino a ridurre il proprio volume del 10%. L’aggiunta di una quantità sufficiente di praseodimio, è necessaria per evitare il collasso che compromette la funzionalità di tali materiali. Sarà utile ricordare che il praseodimio è un metallo malleabile e morbido di colore argenteo appartenente al gruppo dei lantanidi. Reagisce lentamente con l’ossigeno e, una volta esposto all’aria, subisce una ossidazione rivestendosi con una patina di ossido verde che lo preserva da un’ulteriore ossidazione. I superconduttori a base di ferro che sono stati scoperti solo pochi anni or sono, costituiscono una base per ulteriori ricerche anche perché hanno maggiori applicazioni commerciali rispetto a quelli a base di rame che sono più difficili da ottenere e si presentano frequentemente fragili. Delle quattro classi di superconduttori a base di ferro, la classe 1:2:2, così chiamata perché i cristalli presentano intorno a un atomo di ferro che ne costituisce il fulcro 2 atomi di calcio e due di arsenico, è particolarmente promettente in quanto le caratteristiche di tali superconduttori possono essere variate sostituendo altri atomi al posto di tali elementi di base. I magneti realizzati con superconduttori a basse temperature hanno già trovato applicazioni sia nell’ambito medico nella costruzione di macchinari per la risonanza magnetica presentando bassi costi, che nei cavi superconduttori per trasmissione su lunghe distanze a resistenza zero. Lavorando presso il NIST Center for Neuron Research (NCNR) nonché presso l’università del Maryland, il team di ricercatori ha riscontrato che un tipo di superconduttore 1:2:2  ha proprietà particolari ed inaspettate. La caratteristica probabilmente più apprezzata consiste nella temperatura di soglia della superconduttività è di 47 K, la più alta di questa categoria dal momento che la precedente soglia massima era di 38 K. Tali cristalli, inoltre, hanno una curiosa particolarità: essi possono supercondurre a tale temperatura record quando un atomo più piccolo è sostituito al posto del calcio presente. Quando viene effettuata tale sostituzione il volume di tale cristallo diminuisce del 10% che costituisce un elevato cambio di dimensione che provoca il collassamento del cristallo visibile tramite la scansione dei neutroni. Poiché tale effetto deve essere evitato, i ricercatori sono riusciti a fare la sostituzione evitando che il cristallo collassi facendo in modo che non appena si raffredda la potenziale instabilità meccanica associata con il collassamento  venga superata in modo da rendere fruibili tali superconduttori in ambito tecnologico.

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Author: Chimicamo

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