Fisici ascoltano il rumore elettrico per svelare un mistero dei superconduttori

Un team di fisici, guidati da Milan Allan dell’Università Ludwig Maximilian di Monaco e Ingmar Swart dell’Università di Utrecht, ha utilizzato il rumore elettrico per indagare su un mistero legato alla superconduttività a alta temperatura dei cuprati. La ricerca, pubblicata su Science, ha rivelato nuove informazioni sull’interazione tra elettroni e la formazione di coppie, un fenomeno cruciale per la superconduttività. I fisici hanno analizzato il rumore prodotto da correnti elettriche in un campione di cuprato, rivelando come gli elettroni si comportino in modo diverso rispetto ai superconduttori convenzionali.

Il mistero degli elettroni scomparsi

Al centro del mistero c’è il fenomeno del pseudogap, uno stato strano in cui alcuni elettroni sembrano scomparire. “Il pseudogap è un fenomeno di elettroni mancanti”, ha spiegato Allan. Al di sopra della temperatura alla quale i cuprati diventano superconduttori, alcuni elettroni sembrano scomparire, nonostante siano presenti a livelli energetici diversi. “Tutti sanno che da diversi strumenti si osserva questa scomparsa, ma nessuno sa il motivo”, ha aggiunto. Questo fenomeno ha suscitato due ipotesi principali: alcuni fisici pensano che gli elettroni si blocchino in strutture, mentre altri sostengono che si uniscano in coppie.

La formazione di coppie potrebbe spiegare la scomparsa degli elettroni. I ricercatori hanno ipotizzato che, se gli elettroni si uniscono in coppie, il loro comportamento potrebbe influenzare la misurazione del rumore. Per verificare questa ipotesi, hanno utilizzato un microscopio a scansione tunnel, un dispositivo che permette di misurare il rumore elettrico in modo dettagliato.

Ascoltare il rumore per capire le coppie

“Se hai due elettroni che si muovono sempre insieme, a causa della loro coppia, il rumore aumenta”, ha spiegato Allan. Il team ha registrato il rumore a livelli energetici specifici e in diversi punti della superficie del campione. In superconduttori convenzionali, la formazione di coppie produce un aumento netto del rumore, mentre nei cuprati il segnale è più debole, a causa dell’interazione tra elettroni singoli e coppie. Per isolare il segnale delle coppie, i ricercatori hanno dovuto eliminare altre fonti di rumore, come il movimento degli atomi sulla superficie. “Il rumore è estremamente difficile da interpretare, e abbiamo passato molte notti insonne per capirlo”, ha detto Allan. La tecnica utilizzata richiedeva un’elevata sensibilità e anni di lavoro per ottenere risultati significativi. “Non c’è stato un trucchetto, ma semplice abilità e tenacia”, ha concluso.

La scomparsa degli elettroni potrebbe indicare la formazione di coppie. Analizzando i dati, i ricercatori hanno scoperto che le coppie di elettroni si formano già prima che il materiale diventi superconduttore. “Questo suggerisce che la superconduttività dipende non solo dalla formazione delle coppie, ma anche dalla loro capacità di muoversi in modo coordinato”, ha spiegato Swart. Nonostante i progressi, i ricercatori riconoscono che il lavoro non risolve completamente il mistero del pseudogap. “Non abbiamo ancora risposto alla domanda principale, ma abbiamo escluso una delle ipotesi”, ha detto Swart. I fisici sperano che ulteriori studi possano chiarire meglio il legame tra coppie e superconduttività, aprendo la strada a materiali superconduttori a temperatura ambiente. “Per me, questa ricerca dà speranza”, ha concluso Allan.