Perché il mercurio è superconduttore?

Una collaborazione internazionale, in cui l'istituto CNR-SPIN è particolarmente coinvolto nelle persone del ricercatore Cesare Tresca e del Prof. Gianni Profeta, ha spiegato i meccanismi microscopici alla base della transizione superconduttiva del mercurio in una recente pubblicazione.

Come noto, nel 1911, il fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes realizzò la prima osservazione sperimentale del fenomeno della superconduttività, poi premiata con il Nobel già nel 1913, raffreddando proprio il mercurio a temperature prossime allo zero assoluto e scoprendo che la sua resistenza elettrica si annullava al di sotto di 4.15 K.

Nel 1957 i tre fisici John Bardeen, Leon Cooper e Robert Schrieffer formularono una teoria microscopica della superconduttività, la cosiddetta teoria BCS (anche essa premiata con il Nobel esattamente 50 anni fa), grazie alla quale e in funzione dei suoi recenti sviluppi, siamo oggi in grado di predire, prima che misurare, molti superconduttori, tanto da essere riusciti a individuare materiali che superconducono a temperature prossime a quella ambiente.

Eppure nonostante questi successi, dopo più di 111 anni, una domanda era rimasta ancora senza risposta: Perchè il mercurio superconduce?

La teoria utilizzata oggi dagli autori del recente articolo è la SuperConducting Density Functional Theory (SCDFT), formulata da una parte della collaborazione circa venti anni fa. La teoria, basata sulle leggi della meccanica quantistica, risulta computazionalmente complessa, anche sfruttando i moderni supercalcolatori. Per questo, normalmente, vengono utilizzate approssimazioni che ne permettono la soluzione in tempi accettabili.

Ironicamente, per studiare il mercurio, è stato necessario rilasciare molte di queste approssimazioni, rendendolo uno dei superconduttori più' difficili da comprendere: peculiari correlazioni elettroniche sono responsabili della struttura cristallina, effetti relativistici sono cruciali per descrivere le vibrazioni reticolari ed infine l'interazione repulsiva Coulombiana tra gli elettroni superconduttivi è fortemente ridotta da meccanismi elettronici anomali.

L'importanza del lavoro scientifico appena pubblicato è sicuramente di carattere storico e didattico, ma, in ogni caso, ha permesso di scoprire interessanti meccanismi, su scale di energie molto elevate, determinanti per la temperatura critica e che potranno essere sfruttati in futuro per scoprire nuovi superconduttori.

Per questi motivi, l'articolo ha ricevuto una importante eco nella comunità internazionale ed è stato selezionato come Editor Suggestion in Physical Review B, segnalato sul bollettino della Società Italia di Fisica "Il Nuovo Saggiatore", nella sezione "Scelti per voi" nonché ripreso dal Physics Magazine  con un'intervista al Prof. Profeta e da Physics World che pubblicherà un articolo a commento.

Last modified on Wednesday, 14 December 2022 15:57
back to top