La struttura frattale dei superconduttori

Materiali superconduttori come rose, broccoli e felci, almeno nella struttura atomica. Uno studio apparso su Nature mostra infatti che questi materiali hanno una “microstruttura frattale”, ovvero presentano un disegno geometrico sempre uguale che si ripete su scale diverse, proprio come avviene in un broccolo. E sarebbe questa struttura la responsabile delle straordinarie proprietà dei superconduttori. Alla ricerca, coordinata da Antonio Bianconi dell’Università Sapienza di Roma, hanno partecipato anche l’Istituto di Cristallografia del Cnr, il London Centre for Nanotechnology, l’University College London  (Regno Unito) e l’European Synchrotron Radiation Facility (Esrf, Francia).

Un superconduttore è un materiale capace di trasportare elettricità a bassissime temperature senza incontrare alcuna resistenza e senza quindi dissipare energia. Ciò rende questi materiali degli strumenti ideali per applicazioni in un vasto numero di campi, dall’informatica ai trasporti, all’energia. Tra tutti i superconduttori, l’ossido di rame è uno dei più interessanti, perché conserva le sue proprietà anche a temperature relativamente elevate, senza però che fino a oggi se ne conoscesse la ragione. 

Per scoprirlo i ricercatori hanno analizzato la struttura atomica di un cristallo di ossido di rame tramite un innovativo microscopio a raggi X sviluppato nei laboratori dell’Esfr. “Con nostro grande stupore”, ha spiegato Gaetano Campi del Cnr, coautore dello studio “abbiamo scoperto che la disposizione degli atomi di ossigeno cambia da punto a punto, assumendo forme a volte disordinate altre ordinate, e che i disegni ordinati corrispondono a dei frattali, le figure geometriche che si ripetono nella struttura di una grande varietà di sistemi naturali. Nessuno si aspettava di trovarle nella microstruttura di un materiale superconduttore”.

Come spiegano i ricercatori, nelle zone del cristallo dove la struttura è frattale, la superconduttività è favorita; questa stessa struttura potrebbe anche essere manipolata con semplici trattamenti termici per migliorare la conduzione elettrica. “La scoperta è un passo importante verso la costruzione di superconduttori a temperatura ambiente che favoriranno lo sviluppo di computer quantistici e treni superveloci, nuove reti di distribuzione elettrica senza perdita di energia e centrali solari che dal deserto del Sahara porterebbero energia in Europa. Traguardi che forse raggiungeremo nei prossimi venti anni”, ha concluso Bianconi.

Riferimenti: doi:10.1038/nature09260