mercoledì 27 gennaio 2010

Prove di superconduzione per l'idrogeno.


Fonte: Le Scienze
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Una ricerca su tre tipi di idruri metallici hanno dimostrato che tale fenomeno si manifesta a pressioni comprese tra 10 e 20 GPa, e ad alcune decine di gradi Kelvin.
Per lungo tempo i fisici si sono chiesti se l’idrogeno, l’elemento più abbondante dell’universo possa essere trasformato, in opportune condizioni di pressione e temperatura, in un metallo ed eventualmente in un superconduttore. Le speculazioni teoriche tuttavia non si sono mai concretizzate in una dimostrazione sperimentale.

Ora i ricercatori della Carnegie Institution guidati da Ho-kwang (Dave) Mao, hanno ottenuto un modello di tre leghe metallo denso-idrogeno e trovato che esistono schemi di pressione e temperatura associati a uno stato di superconduzione, ponendo le basi per uno sfruttamento in questo senso di questo abbondante materiale.

Per diventare superconduttori, tutti i materiali noti devono essere raffreddati al di sotto della cosiddetta temperatura di transizione, rendendoli poco utili per la maggior parte delle applicazioni. La superconduttività può essere indotta, oltre che con la manipolazione chimica necessaria per innalzare la temperatura di transizione, dall’alta pressione. Un ruolo importante per la definizione delle caratteristiche e le pressioni che possono determinare temperature di transizione più alte è la modellizzazione al computer.

Nel corso dello studio, pubblicato sulla versione online dei Proceedings of the National Academy of Sciences, i ricercatori hanno modellizzato le proprietà di base dei materiali a partire dal comportamento atomico di tre idruri metallici (composti in cui atomi metallici si legano ad atomi d’idrogeno) in una struttura reticolare in tre diversi scenari in specifiche condizioni di temperatura, pressione e composizione: il triidruro di scandio (ScH3), triidruro di ittrio (YH3) e triidruro di lantanio (LaH3).

"Abbiamo trovato che la superconduttività si instaura a pressioni comprese tra 100.000 e 200.000 volte (da 10 a 20 GPa) la pressione atmosferica al livello del mare, ovvero in corrispondenza di valori che sono un ordine di grandezza inferiore delle pressioni di composti correlati che in cui la struttura molecolare vede quattro atomi di idrogeno invece di tre”, ha sottolineato Mao, del Geophysical Laboratory della Carnegie.

In particolare si è trovato che il triidruro di lantanio si stabilizza a circa 100.000 atmosfere e a una temperatura di transizione di 20 Kelvin, mentre gli altri due composti si stabilizzano a circa 200.000 atmosfere e a temperature, rispettivamente di 18 K e 40 K.

I risultati della sperimentazione, inoltre, fanno ipotizzare che lo stato di superconduzione derivi dall’interazione degli elettroni con l’energia vibrazionale di tutto il reticolo. A pressioni superiori a 350.000 atmosfere (35 GPa) la superconduttività scompare e tutti e tre i materiali tornano a essere normali metalli. Solo nel triidruro di ittrio, essa ricompare a circa 500.000 atmosfere. (fc)

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