Per la prima volta, i ricercatori sbirciano all'interno di superconduttori da record
Le intuizioni a livello atomico sui superidruri di lantanio dovrebbero consentire tecnologie più efficienti dal punto di vista energetico nel lungo termine
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Un gruppo di ricerca internazionale, di cui fanno parte scienziati dell'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), ha raggiunto una svolta metodologica nello studio dei superidruri, una promettente classe di superconduttori. Per la prima volta, il team è riuscito ad analizzare i superidruri di lantanio sotto pressione estrema utilizzando la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare.
I superconduttori sono caratterizzati dal fatto che la loro resistenza elettrica svanisce al di sotto di una temperatura critica specifica del materiale, consentendo loro di condurre elettricità senza perdite. Per la maggior parte dei materiali conosciuti, questa temperatura di transizione è inferiore a circa 140 Kelvin (meno 133 gradi Celsius), il che richiede una complessa tecnologia di raffreddamento per le applicazioni pratiche. Di conseguenza, i ricercatori sono alla ricerca di materiali che presentino superconduttività a temperature significativamente più elevate.
I superidruri sono composti ricchi di idrogeno in cui un metallo, come il lantanio, è incorporato in un reticolo di idrogeno densamente impacchettato. Sottoposti a pressioni estreme, come quelle che si trovano all'interno dei pianeti, sviluppano straordinarie proprietà elettroniche e possono esibire una superconduttività prossima alla temperatura ambiente. Di conseguenza, questa classe di materiali detiene l'attuale record mondiale per la più alta temperatura critica di transizione alla quale sono stati osservati segni di superconduttività.
Per creare tali condizioni, il team comprime i campioni in celle di incudine tra due diamanti a pressioni superiori a un milione di atmosfere. La sfida risiede nelle minuscole dimensioni del campione, il che significa che l'indagine richiede il massimo livello di precisione sperimentale.
Superlenti magnetiche su microscala
È qui che entra in gioco la ricerca attuale: Utilizzando le cosiddette lenti di Lenz - elementi microstrutturati ad anello conduttivo - i ricercatori focalizzano con precisione i campi ad alta frequenza necessari per la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) all'interno del volume del campione, amplificandoli in modo significativo. Questa focalizzazione rende possibili le misurazioni NMR nelle condizioni estreme della cella a incudine di diamante.
"Abbiamo dovuto focalizzare i campi ad alta frequenza proprio nel punto in cui il campione si trova tra le incudini di diamante, su un'area di poche decine di micrometri, che è più piccola del diametro di un capello umano", spiega il dott. Florian Bärtl del Dresden High Magnetic Field Laboratory (HLD) dell'HZDR. "Con l'uso di lenti di Lenz, siamo riusciti ad amplificare il segnale ad alta frequenza a tal punto che, per la prima volta, è stato possibile ottenere dati NMR significativi per i superidruri". Le misurazioni forniscono informazioni dirette sulle proprietà atomiche dei materiali e aiutano a comprenderli meglio.
I campi magnetici più elevati come ulteriore stress test
In precedenza, il team aveva anche studiato i materiali utilizzando i magneti pulsati ad alto campo dell'HLD, misurandone la resistenza elettrica. Tali campi magnetici fungono da stress test per i superconduttori: rivelano le intensità di campo massime fino alle quali lo stato superconduttivo rimane stabile.
Solo la combinazione di entrambi gli approcci - indagini NMR ad alta pressione e misure di resistenza ai massimi campi magnetici - fornisce un quadro completo delle proprietà fisiche di questa classe di materiali.
La ricerca è stata condotta in stretta collaborazione con gli esperti di alta pressione del Center for High Pressure Science & Technology Advanced Research (HPSTAR) di Pechino. "La collaborazione con l'HLD è stata fondamentale per il nostro progetto", afferma il dott. Dmitrii Semenok. "Le strutture ad alto campo disponibili e l'esperienza nella strumentazione ad alta frequenza forniscono le condizioni ideali per questi esperimenti".
A lungo termine, i ricercatori mirano a comprendere meglio i meccanismi fisici della superconduttività nei materiali ricchi di idrogeno e quindi a guidare il futuro sviluppo di nuovi materiali per tecnologie ad alta efficienza energetica.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Dmitrii V. Semenok, Florian Bärtl, Di Zhou, Toni Helm, Sven Luther, Joachim Wosnitza, Ivan A. Troyan, Viktor V. Struzhkin, Hannes Kühne; "Transmission of Radio‐Frequency Waves and Nuclear Magnetic Resonance in Lanthanum Superhydrides"; Advanced Science, Volume 13, 2026-2-8
D. V. Semenok, I. A. Troyan, D. Zhou, A. V. Sadakov, K. S. Pervakov, O. A. Sobolevskiy, A. G. Ivanova, M. Galasso, F. G. Alabarse, W. Chen, C. Xi, T. Helm, S. Luther, V. M. Pudalov, V. V. Struzhkin, Ternary Superhydrides Under Pressure of Anderson’s Theorem: Near-Record Superconductivity in (La, Sc)H12, in Advanced Functional Materials, 2025
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