Il diboruro di magnesio diventa superconduttivo a una temperatura più elevata quando viene allungato

Tetralith, uno dei supercomputer del National Super Computer Center dell’Università di Linköping. Crediti: Thor Balkhed

I ricercatori dell’Università di Linköping hanno dimostrato, mediante una serie di calcoli teorici, che il diboruro di magnesio diventa superconduttivo a una temperatura più elevata quando viene allungato. La scoperta è un grande passo avanti verso la ricerca di materiali superconduttivi utili nelle situazioni del mondo reale.

“Diboruro di magnesio o MgB è un materiale interessante È un materiale duro che viene utilizzato ad esempio nella produzione di aeromobili e normalmente diventa superconduttivo a una temperatura relativamente alta, 39 K o -234 C°”, afferma Erik Johansson, che ha recentemente completato il suo dottorato presso la Divisione di Fisica Teorica.

Erik Johansson è anche autore principale di un articolo pubblicato nel Giornale di fisica applicata che hanno attirato ampia attenzione. I risultati sono stati identificati dall’editore come particolarmente importanti per il futuro.

“Il boruro di magnesio ha una struttura semplice, il che significa che i calcoli sui supercomputer qui al National Supercomputer Center di Linköping possono concentrarsi su fenomeni complessi come la superconduttività”, afferma.

L’accesso alle energie rinnovabili è fondamentale per un mondo sostenibile, ma anche le energie rinnovabili scompaiono sotto forma di perdite durante la trasmissione nelle reti elettriche. Queste perdite sono dovute al fatto che anche i materiali che sono buoni conduttori hanno una certa resistenza, con conseguenti perdite sotto forma di calore. Per questo motivo, gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando di trovare materiali superconduttivi, cioè che conducano elettricità senza alcuna perdita. Tali materiali esistono, ma la superconduttività è per lo più molto vicina allo 0 assoluto, cioè 0 K o -273,15 °C. Molti anni di ricerca hanno portato a nuovi materiali complicati con una temperatura critica massima di forse 200 K, ovvero -73 °C. A temperature inferiori alla temperatura critica, i materiali diventano superconduttivi. La ricerca ha anche dimostrato che la superconduttività può essere raggiunta in alcuni materiali metallici a pressioni estremamente elevate.

Se gli scienziati riusciranno ad aumentare la temperatura critica, ci saranno maggiori opportunità di utilizzare il fenomeno della superconduttività in applicazioni pratiche.

“L’obiettivo principale è trovare un materiale che sia superconduttivo a pressione e temperatura ambiente normali. La bellezza del nostro studio è che presentiamo un modo intelligente per aumentare la temperatura critica senza dover utilizzare pressioni estremamente elevate e senza utilizzare strutture complicate o materiali sensibili. Il diboruro di magnesio si comporta in modo opposto a molti altri materiali, dove l’alta pressione aumenta la capacità di superconduzione. Invece, qui possiamo allungare il materiale di una piccola percentuale e ottenere un enorme aumento della temperatura critica”, afferma Erik Johansson .

Nella nanoscala, gli atomi vibrano anche in materiali molto duri e solidi. Nei calcoli degli scienziati sul diboruro di magnesio, emerge che quando il materiale viene allungato, gli atomi vengono allontanati l’uno dall’altro e la frequenza delle vibrazioni cambia. Ciò significa che in questo materiale la temperatura critica aumenta, in un caso da 39 K a 77 K. Se invece il diboruro di magnesio è sottoposto ad alta pressione, la sua superconduttività diminuisce.

La scoperta di questo fenomeno apre la strada a calcoli e prove di altri materiali simili o combinazioni di materiali che possono aumentare ulteriormente la temperatura critica.

“Una possibilità potrebbe essere quella di mescolare il diboruro di magnesio con un altro diboruro metallico, creando un nanolabirinto di MgB allungato con un’elevata temperatura superconduttiva”, afferma Björn Alling, docente e docente senior presso la Divisione di Fisica Teorica e direttore del National Supercomputer Center dell’Università di Linköping.


I ricercatori sviluppano un processo di estinzione della pressione per migliorare la superconduttività verso l’obiettivo di sprecare energia zero


Maggiori informazioni:
Erik Johansson et al, L’effetto della deformazione e della pressione sull’accoppiamento elettrone-fonone e sulla superconduttività in MgB—Benchmark di metodologie teoriche e prospettive per la progettazione di nanostrutture, Giornale di fisica applicata (2022). DOI: 10.1063/5.0078765

Fornito dall’Università di Linköping

Citazione: Il diboruro di magnesio diventa superconduttivo a una temperatura più alta quando viene allungato (2022, 22 marzo) recuperato il 22 marzo 2022 da https://phys.org/news/2022-03-magnesium-diboride-superconductive-higher-temperature.html

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