Scoperto un nuovo superconduttore a temperatura ambiente, che sfrutta la lentezza delle proprie particelle

Ricercatori della Columbia University negli Stati Uniti hanno sviluppato il superconduttore più veloce e efficiente che funziona a temperatura ambiente, come riportato in un comunicato stampa. Il superconduttore è composto da un materiale superatomico noto solo per la sua formula chimica, Re6Se8Cl2, un composto di renio, selenio e cloro.

In breve tempo, il silicio è diventato una parte integrante della maggior parte delle attrezzature moderne, dalle telefoni cellulari alle automobili, dai computer alle case intelligenti. Tuttavia, gli scienziati hanno scoperto che il silicio presto raggiungerà i suoi limiti. Ciò è dovuto alla struttura atomica del semiconduttore.

Quando qualsiasi materiale vibra, crea particelle quantistiche chiamate fononi. A loro volta, i fononi disperdono eccitoni, ovvero elettroni o coppie di elettroni, che trasportano energia e informazioni nei dispositivi elettronici. Il processo avviene abbastanza velocemente, coprendo una distanza di nanometri (10-9 m) in femtosecondi (10-15 secondi). Tuttavia, il processo crea anche calore dove l’energia viene persa e pone limiti alla velocità di trasferimento delle informazioni.

IL SUPERCONDUTTORE PIÙ VELOCE

Nel caso di Re6Se8Cl2, invece di disperdere gli eccitoni, i fononi si combinano con essi per formare nuove quasiparticelle chiamate eccitoni-polari acustici. Questo non è la prima volta che i polaroni vengono individuati in un materiale. Tuttavia, i polaroni di Re6Se8Cl2 si muovono in modo balistico o senza dispersione. Ciò significa che possono muoversi più velocemente, trasferire informazioni più rapidamente e perdere meno informazioni sotto forma di calore.

Negli esperimenti condotti dai ricercatori della Columbia University, i polaroni hanno viaggiato due volte più velocemente degli elettroni nel silicio, attraversando diversi micron (10-6 m) in meno di un nanosecondo (10-9 s). Poiché un polare può durare 11 nanosecondi, i ricercatori sono fiduciosi che possa coprire distanze superiori a 25 micrometri.

Gli eccitoni in Re6Se8Cl2 sono relativamente lenti, il che li aiuta a combinarsi più facilmente con i fononi rispetto a quelli che rimbalzano rapidamente in altri semiconduttori. Ciò porta a polaroni che possono muoversi senza impedimenti all’interno del materiale. Poiché le quasiparticelle sono controllate dalla luce, le velocità di elaborazione possono teoricamente raggiungere i femtosecondi, che sono sei ordini di grandezza più veloci rispetto all’elettronica contemporanea.

Le quasiparticelle in movimento lento rendono il superconduttore più veloce al mondo. Le quasiparticelle nel nuovo semiconduttore sono come la proverbiale tartaruga, che si muove lentamente ma costantemente e alla fine vince. Jack Tulyag, Columbia University

Re6Se8Cl2 è anche chiamato un semiconduttore superatomico perché, durante la sua creazione in laboratorio, gli atomi degli elementi utilizzati si raggruppano insieme per comportarsi come un grande atomo anziché permettere loro di riorganizzarsi in una molecola.

Una scoperta accidentale che potrebbe non tradursi Laboratori come il Centro di ricerca sui materiali della National Science Foundation sull’ingegneria dei materiali scientifici assemblati con precisione lavorano alla sintesi di superatomi e costruiscono persino strumenti di imaging ad alta risoluzione che possono catturare il movimento di particelle ultrapiccole a velocità ultraveloci.

Re6Se8Cl2 è stato sintetizzato per testare uno di questi microscopi ad alta risoluzione e non ci si aspettava che conducesse a qualcosa. Invece, i ricercatori hanno scoperto il contrario e hanno osservato i movimenti più veloci.

I ricercatori hanno poi impiegato due anni per capire perché la struttura superatomica si comportasse nel modo in cui lo faceva, utilizzando un microscopio avanzato con risoluzione spaziale e temporale che poteva visualizzare i polari.

Re6Se8Cl2 può anche essere estratto in fogli sottili di atomi in modo che possa essere combinato con altri materiali. Tuttavia, il Rhenium, il primo elemento, è estremamente raro e quindi estremamente costoso, rendendo improbabile che compaia in un dispositivo regolare in futuro.

I ricercatori sono fiduciosi di poter trovare semiconduttori simili che potrebbero battere il ritmo di Re6Se8Cl2 nel prossimo futuro.