La ricerca italiana sui superconduttori

Vorrei sapere quali sono brevemente i più recenti sviluppi della ricerca nel campo dei superconduttori? Ci sono laboratori in Italia che svolgono ricerca in questo campo?
Michele Paulatto
12 marzo 2002
Il fenomeno della superconduzione, noto da tempo (la prima osservazione è del 1911 e venne effettuata sul mercurio solido), restò a lungo relegato nella nicchia degli interessi accademici perché le temperature critiche dei "vecchi" superconduttori erano estremamente basse, assai prossime al cosiddetto zero assoluto (-273,15°C), quindi difficili da raggiungere.
In epoca più recente, tuttavia, Bednorz e Müller scoprirono (1986) che un particolare materiale ceramico (un complicato ossido di rame, lantanio e bario) esibiva superconduzione a temperature relativamente elevate (-243°C). La loro scoperta aprì una gara, ancora oggi non terminata, verso la preparazione di ossidi superconduttori operanti ad alta temperatura. E, contemporaneamente, spostò l'attenzione sulla superconduzione dall'ambito specialistico e un po' speculativo tipico della prima metà del secolo a quello tecnologico dei nostri giorni. Attualmente, il superconduttore caratterizzato dalla più elevata temperatura critica è un ossido di bario, calcio, tellurio, mercurio e rame che cessa di opporre resistenza al passaggio di elettroni a -135°C.

Ma la ricerca nel campo della superconduzione oggi, in Italia e nel mondo, non punta soltanto alla ricerca di primati nelle temperature critiche. La rincorsa, piuttosto empirica, al superconduttore più caldo soffre infatti della carenza di una teoria in grado di interpretare i meccanismi fisici che sono alla base della superconduzione negli ossidi.
Le teorie che infatti ben interpretavano il fenomeno della "vecchia" superconduzione non spiegano in alcun modo la superconduzione degli ossidi, e questa carenza di modelli lascia la ricerca sperimentale priva di schemi concettuali in grado di indirizzare gli sforzi di preparazione di nuovi materiali superconduttori. Altre energie sono correntemente convogliate nello sviluppo di dispositivi in grado di sfruttare al meglio il fenomeno della superconduzione. La possibilità di trasportare corrente senza perdite di energia è infatti solo un aspetto — e probabilmente neanche il più importante — della superconduzione. Le particolari proprietà magnetiche dei superconduttori possono invece trovare applicazioni pratiche importanti nei cosiddetti fenomeni di levitazione magnetica, che consentirebbero ai treni di correre senza attrito su binari magnetizzati. Nella microelettronica, l'assenza di resistenza elettrica apre le porte a nuove generazioni di transistor veloci, che moltiplicherebbero enormemente le potenzialità di calcolo dei supercomputer che oggi sono impiegati, tra l'altro, per le previsioni meteorologiche e di altri fenomeni naturali complessi.

Sul versante dei materiali, se molto viva resta la ricerca sugli ossidi, gli scienziati non trascurano tuttavia altre possibilità. Forte resta ad esempio l'interesse nel settore dei superconduttori organici, cioè verso materiali polimerici (plastiche) speciali in grado di esibire superconduzione se opportunamente raffreddati. Che un materiale organico potesse comportasi da superconduttore è un'idea che risale agli anni Sessanta, ma è solo del marzo 2001 l'annuncio congiunto dei Bell Labs nel New Jersey e dell'ETH di Zurigo relativo alla preparazione del primo materiale plastico superconduttore. Anche se caratterizzato da una temperatura critica estremamente bassa (circa -270°C), la scoperta riveste un enorme rilievo teorico (anche se è di minimo impatto pratico), dato che potrebbe aprire un nuovo capitolo nella storia della superconduzione. Come importante appare la scoperta, risalente a pochi mesi fa, delle proprietà di superconduzione del diboruro di magnesio, un solido assai diverso chimicamente e strutturalmente tanto dai superconduttori classici quanto dagli ossidi di Bednorz e Müller.

La ricerca sulla superconduzione ovviamente coinvolge fortemente la nostra penisola. In molti atenei italiani scienziati dei materiali, fisici e chimici operano su vari versanti nello studio e nella preparazione di superconduttori. Anche se la nostra ricerca in questo campo soffre di una certa parcellizzazione, numerose sono le linee di ricerca attive nell'ambito dell'Istituto Nazionale per la Fisica della Materia e del ConsorzioInteruniversitario per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali, solo per citare alcuni esempi. Appare inoltre interessante che anche realtà industriali come Pirelli abbiano aperto di recente attività congiunte con varie università italiane e straniere per promuovere la ricerca, di base e tecnologica, in questo settore(www.it.pirelli.com/it_IT/this_is_pirelli/company_overview/Monogr_it.pdf). L'Italia inoltre partecipa attivamente ai programmi europei sui materiali superconduttivi, sia in ambito comunitario che attraverso la European Science Foundation.

Dario Narducci Dipartimento di Scienza dei Materiali, Università di Milano Bicocca

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