Può la luce suscitare la superconduttività? Un nuovo studio riaccende il dibattito

esplosioni di luce potrebbero trasformare alcuni materiali in superconduttori fugaci. Un nuovo studio rafforza la tesi di questa affermazione controversa, formulata per la prima volta più di un decennio fa. Ma mentre alcuni fisici sono convinti, altri rimangono scettici.

I superconduttori trasmettono elettricità senza resistenza, tipicamente solo a basse temperature. Ma dal 2011, alcuni scienziati hanno affermato che certi materiali, quando colpiti da impulsi laser intensi e ultrabrevi, possono diventare brevemente superconduttori a temperature ben al di sopra del loro limite normale, compresa la temperatura ambiente.

La ricerca precedente ha mostrato un cambiamento temporaneo nella riflettività dei cuprati, composti contenenti rame e ossigeno, quando colpiti dalla luce. Tale cambiamento indicava una diminuzione della resistenza della durata di miliardesimi di secondo, o picosecondi. I critici sostenevano che il cambiamento potesse essere causato da effetti diversi dalla superconduttività.

Il nuovo studio ribatte. Un cuprato espelle campi magnetici quando colpito dalla luce, riportano il fisico Andrea Cavalleri e colleghi il 10 luglio su Nature. Quell'espulsione, dicono, è un segno distintivo della superconduttività noto come effetto di Meissner.

Il fisico Dmitri Basov dell'Università di Columbia, che non ha partecipato alla ricerca, afferma che l'osservazione è “essenzialmente una firma inequivocabile della superconduttività.”

Non tutti sono convinti dal nuovo lavoro. “Stanno osservando questa variazione che dura per [circa] un picosecondo, e non è immediatamente ovvio che sia la stessa cosa dell'effetto di Meissner,” afferma il fisico Steve Dodge dell'Università Simon Fraser di Burnaby, in Canada.

I superconduttori suscitano un interesse intenso tra i fisici, in parte per il loro potenziale tecnologico. Un superconduttore che funziona a temperature elevate potrebbe consentire una trasmissione più efficiente dell'elettricità, ad esempio, risparmiando potenzialmente enormi quantità di energia. E i misteri avvolgono ancora il fenomeno. I cuprati sono superconduttori a temperature più elevate rispetto alla maggior parte, e non è ancora del tutto compreso il motivo.

Gli scienziati sapevano che la luce poteva disturbare la superconduttività, ma l'idea che la luce potesse anche generarla era inaspettata e controversa. E negli studi precedenti, “le cose erano un po' soggettive, puzzavano di superconduttore ma … non si poteva essere sicuri,” dice Cavalleri, dell'Istituto Max Planck per la Struttura e la Dinamica della Materia ad Amburgo.

Quindi Cavalleri e colleghi hanno puntato sull'effetto di Meissner. Hanno studiato un tipo di cuprato chiamato ossido di rame barium yttrium, o YBCO. Si tratta di una classe di composti che avevano mostrato segni di superconduttività indotta dalla luce.

Ma misurare con precisione le variazioni magnetiche in picosecondi non è affatto semplice. “Non esiste una tecnica esistente che ti permetta di fare questa misurazione,” dice Cavalleri.

Il team ha ideato uno schema che utilizzava un cristallo di fosfuro di gallio posto accanto al YBCO per misurare i campi magnetici.”

Negli esperimenti effettuati all'interno di un campo magnetico preesistente, i ricercatori hanno colpito il YBCO con il laser e hanno inviato un secondo laser attraverso il cristallo. Il percorso attraverso il cristallo cambiava la polarizzazione del laser - l'orientamento delle sue onde elettromagnetiche - in un modo dettato dal campo magnetico all'interno del cristallo. Quell'effetto ha permesso al team di determinare come il campo magnetico cambiava vicino al YBCO mentre veniva bombardato dalla luce a temperature normalmente superiori al limite superconduttore del YBCO.

Se il YBCO diventasse un superconduttore, espellerebbe i campi magnetici dall'interno a causa dell'effetto di Meissner. Ciò comporterebbe un campo magnetico più forte sul bordo del YBCO, ed è esattamente ciò che il team ha trovato. Le misurazioni dovevano essere effettuate estremamente rapidamente per catturare l'effetto di Meissner di breve durata, dice Basov. “Questa è un'idea brillante e una brillante esecuzione.”

Il fisico Nan-Lin Wang dell'Università di Pechino è convinto che i campi magnetici vengano espulsi quando l'impulso laser colpisce il YBCO. Ma se ciò implica la superconduttività così come è normalmente definita non è chiaro. Potrebbe risultare da correnti piccole e preesistenti di superconduttività amplificate, anziché dalla superconduttività su larga scala tipica. “La fisica sottostante potrebbe essere molto complicata,” afferma.

Ma Dodge sostiene che qualcos'altro oltre alla superconduttività potrebbe essere responsabile. A intensità luminose elevate, note, possono verificarsi fenomeni complessi e inattesi. “Mi piacerebbe vedere … un'attenta analisi per assicurarsi che non stiano scambiando qualche altro effetto per un effetto di Meissner.” Ciò che esattamente si celava dietro al cambiamento del campo magnetico non è chiaro, dice Dodge. Sebbene sia ancora scettico sulla pretesa di superconduttività, afferma che "è un esperimento meritevole perché solleva alcune domande alle quali non conosco certamente la risposta."