Lo strano comportamento di un metallo superconduttore alle alte temperature

Metallo superconduttore ad alte temperature

fenomeno connessione elettrica In metallurgia è ben noto ai fisici da molti anni. La temperatura è anche nota per influenzare i metalli in diversi modi. Ad esempio, un aumento della temperatura aumenta la resistenza elettrica di un metallo e una diminuzione della temperatura la riduce. Ciò è spiegato dal fatto che quando la temperatura aumenta, gli elettroni hanno più energia cinetica e quindi si muovono più velocemente e in modo più turbolento. Questo è il fenomeno della resistenza.

Un aumento della temperatura nei metalli ferromagnetici come ferro, cobalto e nichel riduce la magnetizzazione di questi metalli. Se la temperatura supera un certo limite, il metallo perde completamente il suo magnetismo. Questa soglia è chiamata temperatura di Curie. »

Negli ultimi anni, un’altra classe di minerali ha ricevuto crescente attenzione da parte degli scienziati: rame. Sono metalli che si comportano diversamente, soprattutto per quanto riguarda i fenomeni legati all’elettricità.

Tra queste, sarà ora necessario aggiungere la nuova sostanza metallica, scoperta dal team di fisici dietro questo nuovo studio, pubblicato su temperare la natura. Questo materiale con uno strano comportamento metallico è costituito da una miscela mista di ossido di bario, rame e ittrio, denominata semplicemente YBCO. Questo metallo “multi” è noto da tempo per le sue proprietà superconduttive alle alte temperature.

Quando parliamo di aumento della temperatura nel contesto della superconduttività, dobbiamo capire che non stiamo parlando di una temperatura troppo alta o troppo calda. esattamente il contrario! La superconduttività “classica” si verifica a temperature prossime allo zero assoluto, ovvero -273,15°C. Metalli come i cuprati sono superconduttori a temperature di 77 K o -196,15 gradi Celsius, che rimangono molto freddi, ma piuttosto “caldi” in termini di superconduttività.

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Coppie di Cooper, strane associazioni

Quando una corrente elettrica circola nei materiali metallici della famiglia dei cuprati, l’elettricità non si diffonde grazie agli elettroni, ma grazie a particelle della famiglia dei bosoni, le coppie di Cooper.

Una coppia di Cooper è un legame tra due elettroni che, ad un certo momento, si trovano in determinate condizioni a preferire l’accoppiamento di due elettroni con carica elettrica negativa ma identica. In metallo, le coppie di Cooper possono “scivolare” l’una sull’altra e con l’intero reticolo atomico senza offrire la minima resistenza.

La composizione della coppia Cooper nel metallo può essere spiegata semplicemente come segue. Normalmente, l’elettrone nel metallo si comporta e si muove come una particella libera. Gli elettroni si respingono perché hanno una carica elettrica negativa identica. D’altra parte, attraggono ioni positivi al solido reticolo metallico. Questa è una forte attrazione che può distorcere questo reticolo e avvicinarlo all’elettrone. Quindi la carica positiva attrae altri elettroni. Se l’energia di attrazione è maggiore dell’energia di repulsione degli elettroni, allora si combinano per formare una coppia di Cooper.

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Strano comportamento nel sistema bosoniano

Le coppie di Cooper agiscono come bosoni e quindi seguono “regole” diverse rispetto agli elettroni, che sono fermioni. I cuprati, che contengono coppie di Cooper, adottano un comportamento superconduttore e quindi conducono elettricità senza alcuna resistenza a temperature molto superiori a quelle dei superconduttori convenzionali.

Ciò che ha attirato l’attenzione dei ricercatori è che anche quando raggiungono la temperatura critica per la superconduttività, i cuprati continuano il loro strano comportamento metallico.

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Nei metalli ordinari, la resistenza aumenta con la temperatura, ma solo fino a una certa soglia. Quando questa soglia viene superata, la resistenza diventa costante secondo la teoria fluida di Fermi. Ciò può essere spiegato dal fatto che gli elettroni che circolano nel metallo entrano in collisione con la struttura atomica del metallo vibrante ad una certa temperatura e si disperdono.

Nei cuprati, invece, la resistenza aumenta linearmente con la temperatura senza raggiungere una soglia dove diventa stabile. Gli scienziati devono ora cercare di capire perché i cuprati si comportano in questo modo. Questa comprensione apre la strada a molte applicazioni nelle reti elettriche o nell’informatica poiché gli ingegneri cercano costantemente di ridurre le perdite di energia.

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