Gli scienziati hanno definitivamente confermato che strati di grafene particolarmente attorcigliati mostrano superconduttività, un fenomeno in cui i materiali conducono elettricità con resistenza pari a zero. Le ultime scoperte, pubblicate su Science il 6 novembre, rafforzano la tesi secondo cui questo grafene dall'”angolo magico” appartiene a una classe sconcertante di superconduttori che sfidano le spiegazioni convenzionali. Questa scoperta potrebbe essere un passo cruciale verso la comprensione e la progettazione di superconduttori che funzionano in condizioni meno estreme, potenzialmente anche a temperatura ambiente.
Il puzzle della superconduttività non convenzionale
I superconduttori sono da tempo ricercati per la loro efficienza nella trasmissione di energia, ma la maggior parte richiede temperature estremamente fredde per funzionare. I superconduttori convenzionali si basano sull’accoppiamento degli elettroni tramite interazioni con la struttura atomica del materiale. Tuttavia, negli anni ’80, i ricercatori trovarono materiali – come i cuprati – che erano superconduttori in modi che questo modello non riusciva a spiegare. Questi superconduttori non convenzionali sono ancora poco conosciuti, ma hanno potenziale per applicazioni più pratiche.
Come si inserisce il grafene intrecciato
La chiave sta nell’impilare fogli di grafene (carbonio a strato singolo) e ruotarli secondo un preciso “angolo magico”. Nel 2018, i ricercatori guidati da Pablo Jarillo-Herrero hanno osservato per la prima volta la superconduttività in questa configurazione, ma le prove definitive sono rimaste sfuggenti. Ora, il team ha fornito prove convincenti del fatto che il grafene ritorto a triplo strato si comporta come altri superconduttori non convenzionali, inclusa la presenza di nodi nel suo gap energetico.
I nodi indicano che gli elettroni in determinate direzioni non sono legati in coppie (coppie di Cooper) – un segno distintivo di molti materiali non convenzionali. Il gap energetico, che determina la quantità di energia necessaria per rompere quelle coppie, varia a seconda della quantità di moto degli elettroni. Questo comportamento è stato confermato creando un sandwich grafene-isolante-grafene e misurando il tunneling degli elettroni, che ha rivelato la struttura del gap energetico.
La semplicità come vantaggio
Il fascino del grafene ad angolo magico non risiede solo nelle sue proprietà superconduttive, ma nella sua semplicità. “Questo è un sistema chimicamente incontaminato. È solo carbonio”, spiega il fisico Ali Yazdani. A differenza dei cuprati complessi, il grafene offre un ambiente più pulito per studiare la fisica fondamentale della superconduttività non convenzionale.
Il percorso da seguire
Il crescente consenso tra gli scienziati – supportato da molteplici conferme sperimentali – suggerisce che il grafene intrecciato potrebbe essere il banco di prova ideale per sviluppare una teoria unificante della superconduttività non convenzionale. Se i ricercatori riuscissero a decifrare i meccanismi sottostanti, potrebbero progettare materiali che superconducono a temperature più elevate, rivoluzionando la tecnologia energetica.
Quanto più coerenti sono le prove provenienti dai diversi esperimenti, tanto più ci avviciniamo a una svolta decisiva. Comprendere come funzionano questi materiali sbloccherà possibilità che non abbiamo ancora nemmeno immaginato.
