La polarizzazione di spin è sempre stata un pilastro per il mondo dei materiali semiconduttori, almeno finora. Ma spesso nella ricerca non bisogna dare nulla per scontato, ed è così che si possono fare scoperte non convenzionali e, soprattutto, utili a scompigliare le carte in un settore oggi sempre più ostaggio della geopolitica. È quello che sta accadendo ora, grazie a uno studio realizzato da un gruppo di scienziati del MIT e di Argonne che hanno lavorato con il seleniuro di ferro (FeSe), un materiale che raggiunge lo stato superconduttivo a 70 Kelvin (circa -203° Celsius), meritandosi la fama di superconduttore a base di ferro a più alta temperatura attualmente conosciuto. I superconduttori, infatti, di solito raggiungono questo stato allo zero assoluto (-273.15° Celsius).
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La nematicità non convenzionale che può cambiare il settore
Più elevata è la temperatura, più possibilità di applicazioni si aprono, ed è quindi di interesse di tutti comprendere meglio il comportamento di questo particolare materiale. Ciò che ha incuriosito gli scienziati è il fatto che il FeSE raggiunge lo stato superconduttivo (processo noto come fase nematica) non attraverso la “classica” polarizzazione di spin come altri superconduttori a base di ferro, ma orbitalmente. Ecco perché viene considerato non convenzionale e capace di mettere in discussione le credenze di molti, attorno alla nematicità.
Solitamente, quando i materiali superconduttori attraversano il loro cambiamento di fase nematico, vengono raffreddati e tutte le loro molecole si assemblano in linee filiformi in grado di trasmettere gli elettroni senza attrito, evitando perdite di energia.
Il FeSe, invece, non mostra un comportamento magnetico coordinato se non quello della polarizzazione orbitale. Per comprendere meglio la natura della sua nematicità, i ricercatori hanno dovuto osservare come i suoi elettroni si dispongono intorno agli atomi di ferro. Lo hanno fatto durante un esperimento con una piccola striscia del materiale, attaccandola a del titanio e allungandola, per poi raffreddarla e osservarla con raggi X ad alta potenza. Così, nel loro laboratorio, si sono accorti che gli orbitali dei suoi atomi si allungavano in un unico stato, invece di assumerne di casuali.
Sperando in una nuova era per il settore dei chip
Trovata l’”origine orbitale” della nematicità del FeSe, il team di ricerca si sta ponendo altre domande. Per prima cosa sta ipotizzando un continuum di materiali che vanno tra un meccanismo di spin a uno orbitale. Un ambito ancora tutto da indagare, mentre si cercherà in parallelo di lavorare sui superconduttori calcogenuri – di cui il FeSe fa parte – per ottenere prestazioni sempre migliori.
L’obiettivo prioritario resta quello che strizza l’occhio al business che sta aspettando una superconduzione a temperature ancora più calde. Sarebbe l’unico modo per sbloccare applicazioni pratiche disruptive, che oggi lo sono solo in linea teorica.
