Scienza

Uno strano elemento sfida ciò che sappiamo della superconduttività

Uno strano elemento sfida ciò che sappiamo della superconduttività


Uno degli elementi periodici più inaspettati ha appena sfidato la nostra comprensione dei materiali superconduttori. Questa recente scoperta in India ha portato gli scienziati a ripensare alla superconduttività. Il bismuto, uno degli elementi dall'aspetto più strano, può diventare un superconduttore (condurre l'elettricità senza resistenza) quando viene raffreddato leggermente sopra lo zero assoluto.

[Immagine per gentile concessione di Wikimedia]

L'attuale teoria della superconduttività, vecchia di 40 anni, presuppone che i materiali superconduttori abbiano elettroni a flusso libero. Tuttavia, il bismuto ha un elettrone ogni 100.000 atomi.

"In generale, i composti che mostrano la superconduttività hanno all'incirca un elettrone mobile per atomo", ha detto Srinivasan Ramakrishnan del Tata Institute of Fundamental Research in IndiaMondo della chimica.

"Tuttavia, nel bismuto, un elettrone mobile è condiviso da 100.000 atomi - poiché [la] densità del portatore è così piccola, le persone non credevano che il bismuto superconducesse".

Il team ha dovuto confermare la superconduttività del bismuto. Hanno raffreddato i cristalli dell'elemento rimuovendoli dal magnetismo esterno. Hanno raffreddato i cristalli a circa -273 gradi Celsius, dove il team ha osservato l'effetto Meissner. Il bismuto (il materiale superconduttivo) ha espunto il proprio campo magnetico interno.

La teoria di base della superconduttività afferma che gli elettroni si uniscono per rimuovere la resistenza al loro flusso, grazie agli elettroni che interagiscono con gli ioni del materiale. Questa teoria, chiamata teoria Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS), funziona con materiali con un'abbondanza di elettroni fluttuanti. Tuttavia, con il suo basso rapporto tra elettroni e atomi, il bismuto rompe questa comprensione.

Per il team, la scoperta cambia il gioco, soprattutto perché la teoria attuale non è in grado di spiegare ciò che ha riferito il team.

"Chiaramente è una scoperta fondamentale nella storia della superconduttività ... dal momento che garantisce un nuovo meccanismo per i superconduttori", ha detto Ramakrishnan. "Ci si può aspettare di produrre nuovi superconduttori una volta che la nuova teoria sarà nota".

Il bismuto stesso è un elemento strano, come si vede nel suo aspetto insolito e nelle sue strane proprietà magnetiche

"Manca una buona immagine globale" per spiegare il bismuto, ha detto il fisico teorico Ganapathy Baskaran dell'Istituto di scienze matematiche di Chennai, in India. "Penso che sia solo la punta di un iceberg."

Il bismuto unisce solo pochi altri elementi con basse densità di portatori di elettroni che possono supercondurre. Per altri ricercatori nel campo, questa scoperta potrebbe portare a una nuova classificazione dei materiali completamente.

"Ci sono uno o due altri sistemi con densità di portatori di elettroni molto bassa che diventano superconduttori - questi sono sempre stati visti come un'eccezione", ha detto James Arnett, esperto di superconduttori e capo di fisica presso l'Università di Bristol. "Sarebbe interessante vedere se questo fa parte di una classe più ampia di materiali superconduttori a bassa densità di portante".

Tuttavia, sfidare la teoria della superconduttività non è esclusivo di questa nuova scoperta. Uno studio dell'aprile 2016 dell'Università di Houston ha concluso la ricerca che contraddice direttamente il modello di stato critico di Bean. I risultati hanno suggerito che c'erano proprietà oltre il super raffreddamento e grandi quantità di energia magnetica per facilitare i materiali superconduttori.

L'obiettivo finale con i superconduttori sarebbe trovarne uno che funzioni a temperatura ambiente. Questo materiale potrebbe sostituire il normale metallo e risparmiare tonnellate di energia. Potrebbe anche contribuire a supercomputer più avanzati.

Per comprendere meglio le basi della superconduttività, guarda questo video qui sotto per gentile concessione di Techquickie.

VEDERE ANCHE: Potrebbero esserci dei difetti nella teoria dei superconduttori

Via Chemistry World


Guarda il video: Caffè Scienza - Materia oscura: luci e ombre nel cosmo