Le dimensioni delle impurità influenzano il funzionamento dei materiali superconduttori

I ricercatori della North Carolina State University hanno lavorato duramente per trovare la correlazione tra impurità e materiali superconduttori, concentrandosi su come le dimensioni di queste impurità possano influenzare o addirittura avvantaggiare un materiale superconduttore.

Un materiale superconduttore è in grado di sostenere l'elettricità senza perdere energia a causa di perdite. Questi materiali sono comunemente utilizzati dall'industria medica attraverso la tecnologia della risonanza magnetica e sono destinati ad assumere un ruolo enorme nella materializzazione delle tecnologie energetiche.

L'ossido di bismuto, stronzio, calcio e rame (Bi2212) è un materiale superconduttore ed è considerato l'unico del suo genere che può essere avvolto a temperature estremamente elevate. Si prevede quindi che verrà utilizzato in tutti gli oggetti che rientrano nella sfera della fisica ad alta energia. Tra questi, trasformatori, linee di trasmissione dell'energia elettrica, motori, ecc.

Sarà utile anche nei settori che richiedono enormi campi magnetici. Ciò include le applicazioni magnetiche che rientrano in questa fascia, con esempi come la tecnologia di imaging a risonanza magnetica e gli elettromagneti.

Affinché il Bi2212 possa essere utilizzato per una qualsiasi di queste applicazioni, il materiale viene riscaldato a circa 900 gradi Celsius dopo essere stato fabbricato in un filo multifilamento contenente da 500 a 1000 filamenti di Bi2212 racchiusi in argento. Questo processo, tuttavia, crea impurità che comprendono in gran parte particelle porose e Bi2201 nel materiale.

Il dottor Justin Schwartz, autore e professore di Kobe Steel e direttore del dipartimento di Scienza dei materiali e ingegneria dell'NC State, afferma che sebbene le particelle porose siano un problema, le impurità sono quelle che contano di più.

Queste impurità sono quelle che possono alterare positivamente o negativamente le prestazioni del Bi2212. I ricercatori sono al lavoro per trovare un metodo di lavorazione migliore per ottimizzare la superconduttività.

Un modo che hanno trovato per migliorare le prestazioni del Bi2212 come superconduttore è rappresentato dalle impurità su scala nanometrica, che hanno una larghezza compresa tra 1,2 e 2,5. Queste impurità o difetti su scala nanometrica fungono da perno per fissare il flusso magnetico in posizione. Questo punto di rotazione serve a stabilizzare i vortici magnetici per evitare che si spostino causando resistività e ostacolando la superconduttività in presenza di un campo magnetico.

Poiché si vuole impiegare il Bi2212 per produrre elevati campi magnetici utilizzando la corrente elettrica, la fissazione del flusso magnetico non è un'opzione ma una necessità per consentire a questo materiale di funzionare in presenza di un campo magnetico.