Luglio 3, 2022

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L’interazione tra ordinamento di carica e superconduttività su scala nanometrica

Gli scienziati hanno lavorato instancabilmente per comprendere i meccanismi fondamentali alla base della superconduttività ad alta temperatura con l’obiettivo finale di progettare e fabbricare nuovi materiali quantistici superconduttori a temperatura ambiente.

La superconduttività alle alte temperature è qualcosa del Santo Graal per i ricercatori che studiano i materiali quantistici. I superconduttori, che conducono l’elettricità senza dissipare energia, promettono di rivoluzionare i nostri sistemi di alimentazione e di comunicazione. Tuttavia, i superconduttori funzionano in genere a temperature estremamente basse, richiedendo congelatori complessi o costosi refrigeratori. Per questo motivo, gli scienziati hanno lavorato instancabilmente per comprendere i meccanismi fondamentali alla base della superconduttività ad alta temperatura con l’obiettivo finale di progettare e progettare materiali quantistici superconduttori a temperatura ambiente vicino alla stanza.

Fabio Boccini, professore presso l’Istituto nazionale per la ricerca scientifica (INRS), e scienziati nordamericani hanno studiato la dinamica del superconduttore ittrio bario-ossido di rame (YBCO), che fornisce superconduttività a temperature superiori alla norma, tramite l’elettrone X a risonanza temporale laser scattering Sorgente di luce coerente (LCLS) con linac laser libera, SLAC (US). La ricerca è stata pubblicata sulla rivista il 19 maggio Scienza. In questo nuovo studio, i ricercatori sono stati in grado di tracciare come le onde di densità di carica in YBCO interagiscono con l’improvviso “raffreddamento” della superconduttività, causato da un intenso impulso laser.

“Stiamo imparando che le onde di densità di carica – elettroni auto-organizzanti che si comportano come increspature nell’acqua – e la superconduttività interagiscono su scala nanometrica su scale temporali ultraveloci. Esiste una relazione molto profonda tra l’emergere della superconduttività e le onde di densità di carica”, spiega Fabio Boschini , un co-ricercatore su questo Progetto e ricercatore associato presso Stewart Blusson Quantum Matter Institute (Blusson QMI).

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“Fino a pochi anni fa, i ricercatori hanno sottovalutato le dinamiche all’interno di questi materiali”, ha affermato Giacomo Koslovic, ricercatore principale e scienziato dello SLAC National Accelerator Laboratory in California. “Fino a questa collaborazione, non avevamo davvero gli strumenti per valutare la dinamica delle onde di densità di carica in questi materiali. L’opportunità di monitorare l’evoluzione dell’ordine di carica è possibile solo attraverso team come la nostra condivisione delle risorse e attraverso l’uso di laser a elettroni liberi per fornire nuove informazioni sulle proprietà dinamiche del materiale”.

Con un quadro migliore delle interazioni dinamiche dietro i superconduttori ad alta temperatura, i ricercatori sono ottimisti sul fatto che possano lavorare con i fisici teorici per sviluppare un quadro che consenta una comprensione più precisa di come appare la superconduttività ad alta temperatura.

La cooperazione è la chiave

Il lavoro in corso è il risultato di una collaborazione tra ricercatori di diversi importanti centri di ricerca e linee di radiologia. “Abbiamo iniziato a eseguire i nostri primi esperimenti alla fine del 2015 con la prima caratterizzazione del materiale presso il Canadian Synchrotron Light Center”, spiega Boschini. Nel tempo, molti ricercatori Blusson QMI sono stati coinvolti nel progetto, come MengXing Na, che ho diretto e presentato. per questo lavoro. Era parte integrante dell’analisi dei dati.

“Questo lavoro è importante per una serie di ragioni, ma mostra anche l’importanza di formare relazioni di cooperazione durature e significative”, ha affermato Na. “Alcuni progetti richiedono molto tempo ed è grazie alla leadership e alla perseveranza di Giacomo che siamo qui”.

Il progetto ha riunito almeno tre generazioni di studiosi, seguendone alcuni mentre progrediscono nelle loro carriere post-dottorato e nelle cattedre. I ricercatori sono entusiasti di approfondire questo lavoro utilizzando la luce come pulsante ottico per controllare lo stato superconduttore.

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Fonte della storia:

Materiali offerto da Istituto Nazionale per la Ricerca Scientifica – INRS. Originale di Audrey Maud Vizina. Nota: il contenuto può essere modificato in base allo stile e alla lunghezza.