Una recente collaborazione tra scienziati italiani, appartenenti all’Istituto SPIN del CNR, all’Università degli Studi dell’Aquila e all’Università di Vienna, ha portato alla pubblicazione di un articolo sulla prestigiosa rivista “Nature Communications” riguardante le proprietà superconduttive di un nuovo materiale a base di idrogeno.
Il fenomeno della superconduttività è da oltre un secolo al centro di una intensa attività di ricerca scientifica. L’interesse per questo argomento è sia fondamentale, ma anche e soprattutto applicativo. Quando un materiale diventa superconduttivo, la sua resistenza elettrica si annulla completamente permettendo il trasporto di corrente senza perdite di energia e, contestualmente, il materiale è in grado di espellere eventuali campi magnetici. L'importanza tecnologica di tali materiali è quindi facilmente intuibile: essi renderebbero possibile una rivoluzionaria transizione energetica, risolvendo molte delle attuali problematiche mondiali. Purtroppo, la transizione superconduttiva si verifica solo in alcuni materiali e solo quando questi sono raffreddati al di sotto della cosiddetta temperatura critica superconduttiva (tipicamente TC < -200°C), complicando notevolmente il loro utilizzo applicativo.
Quindi, grandi sforzi sono stati fatti dalla comunità scientifica nel tentativo di scoprire nuovi materiali con temperature critiche sempre più alte. Solo recentemente, importanti risultati sono stati ottenuti dallo studio di una particolare classe di materiali, gli idruri, ossia composti ricchi di idrogeno che viene “intrappolato” in una matrice metallica (esempi notevoli sono l’idruro di palladio, di zolfo e di lantanio). In questi materiali, sono state osservate transizioni superconduttive con temperature critiche straordinariamente elevate, fino a circa - 70°C. Purtroppo, l’entusiasmo per tali scoperte è stato in parte frenato dalla necessità di sottoporre questi materiali ad enormi pressioni per ottenere lo stato superconduttivo (pressioni simili a quelle presenti al centro della Terra), spostando il problema dalla necessità di avere temperature estremamente basse a quello di dover applicare pressioni estremamente alte. Tale aspetto ha diretto l’attenzione della comunità scientifica verso la ricerca di idruri superconduttivi in grado di operare a pressioni sempre più prossime a quella ambiente. In questa epocale sfida, abbiamo recentemente assistito ad un susseguirsi di notizie sempre più sensazionali sui media di tutto il mondo, fino all’annuncio dell’osservazione della superconduttività in condizioni quasi-ambientali (di temperatura e pressione), in un idruro a base di Lutezio, LuH3 in presenza di impurezze di azoto. Tale annuncio ha ovviamente entusiasmato l’ambiente scientifico, ma anche, e soprattutto, tante componenti della società civile e delle industrie tecnologiche. La speranza della rivoluzionaria svolta energetica per l’umanità è stata, purtroppo, disillusa dalla irriproducibilità della scoperta e dalle accuse di frode scientifica per gli autori.
Nel recente lavoro scientifico ora pubblicato su Nature Communications, l’uso di tecniche computazionali innovative ha definitivamente chiarito l’origine del comportamento fisico del composto LuH3, evidenziando fenomeni inaspettati legati all’idrogeno e fornendo importanti risposte sulle proprietà di questa importante classe di materiali.
Simulando l’idruro di Lutezio mediante il supporto di tecniche di “machine learning”, è stata così osservata la formazione spontanea di molecole di idrogeno nel composto, dovuta alla presenza delle impurezze di azoto. Sebbene ciò favorisca l’insorgenza di uno stato superconduttivo a pressione ambiente, la temperatura critica predetta (circa –260 °C) dallo studio è però ben lontana da quella ambiente.
Nonostante questo lavoro abbia quindi confermato l’assenza nel LuH3 della transizione superconduttiva in condizioni ambiente, esso offre nuove prospettive sull’utilizzo dell'idrogeno in forma molecolare tramite il drogaggio chimico, suggerendo nuove strade per esplorare le fasi disordinate negli idruri e comprendere le loro proprietà di trasporto a pressioni vicine a quella ambiente. L’articolo, infine, ha portato all’attenzione della comunità scientifica il ruolo delle fasi metastabili negli idruri, che potrebbero essere alla base dei problemi di riproducibilità negli esperimenti legati agli effetti superconduttivi.
