La struttura dei diamanti sono sottoposti al massimo dello sforzo possibile affinché il materiale basato su idrogeno e carbonio acquisisca la caratteristica di superconduttore (Credit:J. Adam Fenster / Università di Rochester
L’acido solfidrico è un gas noto per il suo fetore, ricorda le uova marce; ma è anche la base per la ricerca di materiali superconduttori in grado di operare a temperatura ambiente.
Il concetto di superconduttore fu elaborato già nel 1911, quando si comprese che in condizioni particolari gli elettroni possono fluire all’interno di un materiale conduttore senza incontrare resistenza. Il problema è che i materiali noti assumevano le caratteristiche di superconduzione solo a temperature molto, ma molto basse.
Da allora la ricerca di sistemi per ottenere questa qualità a temperatura ambiente non si è mai fermata e i progressi ci sono stati, sebbene distribuiti lungo un percorso di oltre un secolo, un passo alla volta. La questione è molto importante poiché le possibili applicazioni di un simile materiale sarebbero rivoluzionarie.
Dai trasporti ai computer quantistici, i benefici dei superconduttori non avrebbero confini
Gli esempi più citati riguardano la possibilità di trasportare l’energia elettrica lungo percorsi sempre più lunghi senza dispersioni, un balzo in avanti nella realizzazione di treni a levitazione magnetica meno costosi e più affidabili, qualsiasi applicazione che riguardi l’elettronica e l’uso dei computer (incluse le tecniche di imaging in campo medico).
Nel corso dei decenni ci si è resi conto una strada percorribile sia l’uso non di un metallo ma di un gas, l’idrogeno. La teoria voleva che sottoposto a una pressione sufficiente l’idrogeno si “metallizzasse” e in effetti oggi è confermato. Tuttavia è necessario creare una miscela che includa altri elementi: questo fu dimostrato negli anni 60 ma la via dei due elementi sembra aver quasi esaurito ogni sbocco.
La temperatura necessaria per ottenere un superconduttore si è man mano alzata, tanto da arrivare negli ultimissimi anni a condizioni in cui la “temperatura ambiente” è tale da poter sussistere in natura sulla superficie terrestre, anche se su una calotta polare. Ma ciò è possibile solo sottoponendo il materiale da testare a pressioni elevatissime, dell’ordine di milioni di volte la nostra atmosfera.
Né troppo caldo, né troppo freddo come la Zona Riccioli d’Oro dei pianeti abitabili, ma su scala infinitesimale
La ricerca del materiale adatto è un processo delicatissimo in cui ogni minima variazione può cambiare radicalmente il risultato. Stiamo infatti parlando di fisica su nanoscala e dei fenomeni legati alla meccanica quantistica, tanto affascinante quanto misteriosa e sorprendente. Insomma bisogna trovare la ricetta giusta.
Ricercatori dell’Università di Rochester (New York) guidati dal dottor Ranga Dias hanno trovato la giusta combinazione per ottenere il primo vero superconduttore a temperatura ambiente, +15° Celsius. Si tratta di un mix fra acido solfidrico e carbonio tenuto sotto pressione da due incudini di diamante. La pressione di cui stiamo parlando corrisponde a 267 GPa (gigapascal), ovvero tre quarti della pressione che si trova al centro della Terra.
Oltre al giusto “dosaggio” degli elementi è entrata in gioco anche la ricerca del giusto compromesso con la pressione: abbastanza da provocare l’effetto desiderato ma non tanto da spezzare i diamanti. E in effetti la rottura della pietra più dura al mondo rappresenta un aspetto piuttosto dispendioso della ricerca.
È stato superato di 50° Fahrenheit il precedente record
È intuibile che allo stato attuale non è ancora possibile pensare ad applicazioni pratiche, ma i ricercatori in tutto globo mostrano entusiasmo per il risultato conseguito e le possibilità di ricerca che apre. Fra le problematiche da affrontare vi è la difficoltà nell’esaminare la struttura reticolare dell’idrogeno metallico, a maggior ragione considerando le condizioni estreme in cui si forma.
Quindi in realtà anche comprendere il perché questo particolare composto funzioni non è un dato scontato. Le analisi sono naturalmente già adesso in corso e si confida i risultati potranno condurre (il verbo pare adeguato) verso nuovi affinamenti della tecnica. Il traguardo forse non è ancora esattamente dietro l’angolo, ma campi come la nanotecnologia e la meccanica quantistica ci hanno più volte sorpresi negli ultimi anni e questa è sicuramente una svolta importante.
Di Corrado Festa Bianchet
