Il 2001 ha portato fortuna ai Bell Laboratories, negli Stati Uniti: con un metodo innovativo alcuni ricercatori del centro hanno infatti dimostrato che delle molecole del carbonio, note come fullereni, se drogate chimicamente con delle molecole inerti possono comportarsi da superconduttori ad alta temperatura critica. E per questo si sono meritati le pagine di Science (n. 293, pp. 2432-2434). Non solo, lo stesso tipo di esperimento è stato ripetuto con risultati eccellenti anche su particolari composti del rame, i cuprati, già noti per dare luogo a dei fenomeni di superconduttività non convenzionali. Esperimento di cui i ricercatori hanno dato notizia su Nature (n. 414, pp. 434-436). Gli esperimenti sui superconduttori aprono la strada a l’elettronica basata su principi organici, caratterizzata da costi contenuti, senza dispersioni di energia, e con applicazioni pratiche quali i quantum computer.
I fullereni rappresentano una particolare forma cristallina del carbonio scoperta a metà degli anni Ottanta. Di notevole importanza è la molecola del C60, la cui struttura è quella di un icosaedro troncato, simile cioè alla palla da calcio. Il solido del fullerene in natura è un isolante, non vi sono cioè portatori di carica liberi: le bande energetiche nella sua struttura elettronica sono o completamente piene o completamente vuote. Per rendere il fullerene un conduttore è necessario riempire parzialmente la banda di conduzione (drogaggio con elettroni) o svuotare parzialmente la banda di valenza (drogaggio con buche). Il drogaggio elettronico è un procedimento relativamente facile da ottenere chimicamente, mentre non è possibile ottenere allo stesso modo quello con buche.
Una svolta decisiva in questo campo l’hanno data Batlogg e i suoi collaboratori dei Bell Labs, usando un approccio completamente diverso. Invece di drogare chimicamente il fullerene, questi ricercatori hanno costruito un dispositivo in cui, dopo aver fatto crescere uno strato di isolante su una delle facce del campione, hanno applicato degli elettrodi in modo da creare un transistor a effetto campo (fet). Variando la polarità della differenza di potenziale applicata al dispositivo sono riusciti a ottenere drogaggio con elettroni o drogaggio con buche. Si è dimostrato che il fullerene così trattato presenta non solo proprietà metalliche, ma addirittura che esso è superconduttore a basse temperature, manifestando una brusca caduta a zero della resistività al di sotto di una certa temperatura critica (Tc). In particolare, l’anno scorso sono state ottenute Tc di 11 K e di 52 K, rispettivamente, per il drogaggio con elettroni e con buche.
Ma la scoperta più importante è arrivata nel 2001. Questa volta gli scienziati dei Bell Labs hanno dapprima drogato chimicamente il fullerene con delle molecole inerti, il cloroformio e il bromoformio. In seguito hanno usato la tecnica precedente. I risultati trovati sono sorprendenti: nel caso del drogaggio con buche sono riusciti a trovare Tc pari a 83 K e 117 K, per il fullerene drogato rispettivamente con il cloroformio e il bromoformio. Temperature così alte non possono essere spiegate secondo la teoria di Bardeen, Cooper e Schrieffer (BCS) alla base della superconduttività convenzionale. Secondo la BCS tale fenomeno è mediato dai fononi, cioè dalle vibrazioni del reticolo cristallino. Queste fanno sì che si crei una forza attrattiva fra coppie di elettroni, i quali normalmente si respingono: si formano così le famose coppie di Cooper, libere di fluire nel cristallo senza incontrare resistenza. La teoria BCS prevede un limite superiore per i valori di Tc, pari a 23 K.
Una spiegazione teorica a queste alte Tc viene fornita per esempio da Luciano Pietronero (Physical Review B, 65, 012512, 1-4), dell’Università “La Sapienza” di Roma, partendo dal presupposto che in questo caso la dinamica elettronica e quella fononica sono comparabili. Infine, sempre ai Bell Labs, Schon e i suoi colleghi hanno studiato i fenomeni superconduttivi dei cuprati (ACuO2, ossidi di rame). Questi ultimi fanno parte di una classe non convenzionale di superconduttori ad alta Tc, per i quali non esiste ancora una teoria esaustiva. Il team di Schon ha drogato per la prima volta questi ossidi di rame con il fet ed ha ottenuto Tc di 34 K e di 89 K, rispettivamente per il drogaggio con elettroni e con buche, confermando anche in questo caso la validità del metodo.
