Uno studio congiunto di università italiane e svedesi pubblicato su Science svela un segreto sul cuprato, il quale renderà obsoleto l’utilizzo dei semiconduttori, influenzando così anche il costo dell’energia.
Quando si parla di cuprato ci si riferisce, quasi sempre con vaghezza, a un materiale usato come contenente in complessi anionici di rame. A pressione ambiente, i superconduttori di cuprato (ossidi di rame) tollerano temperature altissime. Però, il meccanismo attraverso il quale si verifica questa superconduttività non è ancora del tutto stato compreso.
I cuprati sono superconduttori?
In chimica, i cuprati sono materiali costituiti da un complesso chimico a base di rame (che in latino si chiama appunto cuprum) dalla carica totale negativa. Un esempio abbastanza noto sono appunto gli ossidi di rame, impiegati dall’uomo, in certi casi, come isolanti nel processo della conduzione della corrente elettrica.
Fino a oggi la scienza ha utilizzato i cuprati come superconduttori per via empirica, senza conoscerne fino in fondo le caratteristiche. Per esempio si fa un largo uso del composto bismuto stronzio calcio rame ossido, chiamato BSCCO, che è appunto un tipo di superconduttore cuprato. Ma ora su Science sono apparsi i risultati di una ricerca italo-svedese sul superconduttore a temperatura ambiente: un materiale che potrebbe rivoluzionare la tecnologia attuale e abbattere i costi energetici della distribuzione dell’elettricità. Ma non solo…
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L’esperienza ci ha insegnato che i metalli “normali” (semiconduttori) conducono energia attraverso una resistenza che comporta una produzione di calore e quindi uno spreco di energia. Al contrario, i cuprati funzionano solo a bassissime temperature e senza resistenza. Ma, quasi a sorpresa, i cuprati impiegati come superconduttori riescono a essere funzionali anche ad alte temperature. Di solito a temperature anche superiori ai 190°. Questo dice la scienza, ma non si era mai studiato il perché.
Gli scienziati dell’Università Chalmers di Göteborg, del Politecnico di Milano, della Sapienza di Roma e del Sincrotrone Europeo ESRF hanno scoperto che, nello stato normale, la presenza di onde di densità di carica modifica il comportamento dei cuprati e lo porta a essere più simile a quello dei normali metalli.
Il mistero dei superconduttori
Ciò fa del cuprato un superconduttore, ossia un materiale al cui interno la corrente elettrica scorre senza resistenza (almeno al di sotto di una certa temperatura, si era pensato fino ad oggi). Per la scienza però la superconduttività è sempre stato un mistero. Per anni si sono ricercati materiali con caratteristiche da superconduttori anche a temperature normali.
I cuprati conducono energia anche a temperatura superiore a quella critica, ossia oltre alla resistenza zero. In questi materiali si verifica un aumento lineare della resistività con l’aumento della temperatura, come non succede di solito nei metalli normali.
Energia, superconduttori e fisica quantistica
Finalmente gli scienziati hanno compreso la resistività nello stato normale dei cuprati, che comporta la superconduttività, tramite lo studio delle onde di densità di carica. E non si tratta di un’analisi così semplice, dato che implica concetti e tesi collegate alla fisica quantistica, materia indispensabile per descrivere i fenomeni sulla scala atomica, ma non sempre coerente nei fenomeni macroscopici.
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In parole povere, la superconduttività è un fenomeno macro-quantistico. Per cui possiamo affermare che i cuprati anche a elevata temperatura, nel loro stato “normale”, hanno un comportamento quantistico. Gli scienziati dicono perciò che il cuprato è una materia “ultra-quantistica” in grado di trasmettere e distribuire grandi quantità di energia senza dispersione.
Ciò, com’è facile intuire, vuol dire un costo minore, sia per chi produce energia che per chi la consuma. Una vera e propria rivoluzione, dunque, che potrebbe segnare l’avvento di una nuova era tecnologica.
