L'oggetto della ricerca appartiene alla classe dei superconduttori che diventano superconduttori quando
Tuttavia, questi cosiddetti ad alta temperaturai superconduttori non sono ancora del tutto chiari. "Le loro eccitazioni e dinamiche microscopiche sono necessarie per comprendere la superconduttività, ma dopo 30 anni di ricerca, molte domande rimangono ancora aperte", afferma Riccardo Comin, assistente professore di fisica al MIT.
Nel 2015, gli scienziati hanno scoperto una nuova speciesuperconduttore ad alta temperatura: un foglio di seleniuro di ferro dello spessore di un solo strato atomico, in grado di supercondurre a una temperatura di -208,15 gradi Celsius. Al contrario, campioni massicci dello stesso materiale superconducono a una temperatura molto più bassa (-265,15 gradi Celsius). La scoperta ha scatenato una raffica di indagini.
In un normale metallo, gli elettroni si comportano allo stesso modocome individui che ballano in una stanza. In un metallo superconduttore, gli elettroni si muovono a coppie, come le coppie in una danza. E tutte queste coppie si muovono all'unisono, come se facessero parte della coreografia quantistica, che alla fine ha portato alla creazione di una sorta di superfluido elettronico.
Gli scienziati lo sanno da molto tempo nell'ordinarioNei superconduttori, la "colla" che tiene insieme gli elettroni è formata dal movimento degli atomi all'interno del materiale. "Se guardi una solida seduta su un tavolo, sembra che non stia facendo nulla", dice Comin. Tuttavia, molto sta accadendo su scala nanometrica. All'interno di questo materiale, gli elettroni volano in tutte le direzioni possibili e gli atomi vibrano; vibrano. Nei superconduttori convenzionali, gli elettroni usano l'energia immagazzinata nel movimento di un atomo per formare coppie.
La "colla" dietro il legame degli elettroni insuperconduttori ad alta temperatura, altro. Gli scienziati hanno suggerito che è associato a una proprietà specifica degli elettroni: lo spin. "La rotazione può essere vista come un magnete elementare", afferma Jonathan Pelliciari, assistente fisico del Brookhaven National Laboratory. L'idea è che in un superconduttore ad alta temperatura, gli elettroni possano assorbire parte dell'energia da questi spin. E questa energia è il "collante" che usano per creare una coppia.
Fino ad ora, la maggior parte dei fisici lo pensavaè impossibile rilevare o misurare le eccitazioni di spin in un materiale spesso solo uno strato atomico. Ma i fisici non solo hanno scoperto le eccitazioni di spin, ma, tra le altre cose, hanno anche dimostrato che la dinamica di spin in un campione ultrasottile è drasticamente diversa dalla dinamica di spin in un campione enorme. In particolare, l'energia degli spin fluttuanti nel campione ultrasottile era molto più alta - quattro o cinque volte - rispetto all'energia degli spin nel campione di massa. Per lo studio è stato utilizzato uno strumento di diffusione di raggi X anelastica risonante (RIXS).
"Questa è la prima prova sperimentale di eccitazioni di spin in un materiale atomicamente sottile", afferma Pelliciari.
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