Un team di scienziati ha diffuso i risultati della ricerca tramite due articoli scientifici, dimostrando di aver trovato una combinazione di materiali (tra cui ossigeno, zinco e piombo) e dato vita ad un materiale superconduttore solido, di color grigio scuro, creato da una reazione allo stato solido tra la lanarkite (Pb2SO5) e il fosfuro di rame (Cu3P). Si tratterebbe di una rivoluzione per la fisica e l’ingegneria. Ecco le possibili applicazioni e i dubbi della comunità scientifica
Si chiama LK99 il materiale superconduttore sviluppato da un team di ricerca di fisici sudcoreani e che potrebbe rappresentare un enorme passo scientifico nonché tecnologico per l’umanità.
I materiali superconduttori, a differenza dei semiconduttori utilizzati nei circuiti integrati ed elettronici, sono materiali attraverso cui l’elettricità può muoversi senza incontrare resistenza, azzerando i livelli di dispersione energetica e alterando, al contempo, i campi magnetici circostanti. Allo stato naturale, i superconduttori esistono ma a condizioni ambientali estreme -200°C e a livelli di pressione enormi.
Scienziati e ricercatori in tutto il mondo hanno cercato, per oltre un secolo, di trovare questa tipologia di materiali, ma a condizioni “normali” ovvero a temperatura e pressione ambientale. L’applicazione di questo teorico materiale sarebbe rivoluzionaria: condurre l’elettricità senza resistenza avrebbe impatti sconvolgenti nel settore elettrico ed energetico, dal momento che l’elettrificazione lungo le reti verrebbe enormemente migliorata con perdite pari a zero.
Di simili vantaggi ne godrebbe anche il business dell’elettronica, con gli ingegneri che potrebbero, così, dire addio ai trade-off sulle performance di potenza per contenere la dissipazione di calore nei dispositivi elettronici. Infine, alcuni osservatori speculano sulle possibili implicazioni per poter avanzare la tecnologia Maglev, ovvero i dispositivi che consentono la lievitazione magnetica di oggetti e che oggi trova applicazione (seppur su scala commerciale ridotta, con prototipi realizzati in Cina e Giappone) nel settore del trasporto e della mobilità ferroviaria. Altri guardano a potenziali applicazioni per gli acceleratori di particelle o la fusione nucleare.
“Se i superconduttori non avessero il requisito e il costo del raffreddamento con azoto liquido, ma funzionassero a temperatura ambiente, molte altre tecnologie e infrastrutture elettriche basate sui superconduttori potrebbero diventare fattibili”, ha spiegato al Daily Beast Jens Koch, professore di fisica alla Northwestern University. “Una svolta epocale!”.
Il team di scienziati ha infatti diffuso i risultati della ricerca tramite due articoli scientifici, dimostrando di aver trovato una combinazione di materiali (tra cui ossigeno, zinco e piombo) e dato vita ad un materiale superconduttore solido, di color grigio scuro. Il materiale, secondo la ricostruzione, sarebbe stato creato da una reazione allo stato solido tra la lanarkite (Pb2SO5) e il fosfuro di rame (Cu3P), in cui gli atomi di rame si insinuavano in una struttura cristallina e sostituivano gli atomi di piombo, causando una leggera deformazione del cristallo e una contrazione dello 0,5%. Questa struttura unica è stata proposta per consentire questa sorprendente proprietà. e sarebbe riuscita a superare gli esperimenti a condizioni naturali senza che si registrassero dispersioni di calore.
I ricercatori affermano che il materiale semiconduttore originatosi dalla miscela dei due composti abbia superato con successo due degli effetti alla base della superconduttività: una resistenza elettrica quasi nulla e l’effetto Meissner, ovvero l’espulsione del campo magnetico tramite levitazione magnetica. Il team ha diffuso un video che immortala il momento in cui il materiale si distacca parzialmente dalla superficie magnetica, per via della presenza di impurità nel materiale.
Dal punto di vista della autorevolezza dello studio, ancora in formato pre-print e dunque in attesa di peer-review da parte di esperti indipendenti, rimane ancora il ragionevole dubbio sulla metodologia e i risultati raggiunti. Vi è poi il naturale sentimento duplice di eccitamento e scetticismo della comunità scientifica, reso ancora più evidente dalla comunicazione dei risultati di questa ricerca. Non vi è infatti alcuna indicazione chiara se la scoperta descritta nel paper originale sia definitivamente concreta.
Un recente studio, pubblicato nella giornata di lunedì da Sinéad Griffin del Lawrence Berkeley National Laboratory, suggerisce che i risultati sarebbero teoricamente possibili. La ricercatrice, che ha condiviso il paper in un tweet creando notevole hype e interesse, ha simulato i risultati dei ricercatori coreani utilizzando la potenza di calcolo del Dipartimento dell’Energia e ha cercato di capire cosa sarebbe successo alla “struttura elettronica” di questo materiale, ovvero quali sono le vie di conduzione disponibili. Quello che è emerso è che esisterebbero percorsi di conduzione per gli elettroni che si trovano nelle condizioni e nei luoghi più adatti per consentire loro di “supercondurre”. Più precisamente, erano vicini alla “superficie di Fermi”, che in parole povere è come il livello del mare dell’energia elettrica. Secondo la simulazione, più i percorsi di superconduzione sarebbero più vicini alla “superficie di Fermi” tanto più alta è la temperatura di superconduzione. Per usare la metafora impiegata da Andrew Coste, ingegnere che ha spiegato la simulazione della prof. Griffin, è come immaginare quanto “sia più facile per gli aerei volare vicino alla superficie dell’oceano grazie all’effetto suolo che conferisce loro maggiore portanza”.
Allo stesso tempo, video postati dalla Cina mostravano altri ricercatori che avevano replicato con successo il materiale. Dunque, al di là della grande notizia e sbornia mediatica, da un punto di vista scientifico si è ancora lontani da una vera e propria valutazione di quanto condiviso dai ricercatori coreani: alcune inesattezze e incongruenze dei due studi pubblicati dovranno essere accertate o smentite in fase di revisione o replica dei test effettuati. Quello che è chiaro e che i recenti annunci nel campo della superconduttività sono stati, con il tempo, rispediti al mittente essendosi dimostrati non corretti.
“Prendo [l’annuncio] con il proverbiale granello di sale, anche se questo particolare granello sembra più vicino alle dimensioni di un sasso”, ha dichiarato il professor Koch. “Si tratta di un’area di ricerca in cui in passato sono state fatte affermazioni rivoluzionarie che poi sono state ritrattate perché non hanno retto all’esame”.
È il caso, ad esempio, di un team di ricerca della School of Materials Science and Engineering della Beihang University in Cina che ha utilizzato il processo descritto dal team LK-99, ma non ha ottenuto gli stessi risultati. Allo stesso modo, anche un team del National Physical Laboratory indiano ha fallito nel suo tentativo. In uno degli esperimenti più originali, l’ingegnere Andrew McCalip della startup spaziale Varda Space ha cercato di replicare il materiale in diretta su Twitch. Tuttavia, anche lui non ha avuto successo.
In conclusione, se il team coreano troverà il riscontro positivo della comunità scientifica e riuscirà a replicare con successo gli esperimenti, avrà compiuto uno dei più grandi progressi nella storia della fisica, che senza dubbio porterà a cambiamenti rivoluzionari in diversi settori. Al contrario, si tratterà di un altro necessario fallimento nella storia del progresso scientifico e tecnologico, che passa sempre di più – così come le leve del potere economico e geopolitico, dal litio alle terre rare – dalla scienza dei materiali.
