Cosa può condurre meglio di un superconduttore?

Alla domanda risponde lo studio pubblicato su Physical Review Letters, che vede come prima autrice una neodottoressa di ricerca Unifi.

Al Laboratorio europeo di spettroscopia non lineare (Lens) è stato testato il comportamento di gas di atomi ultrafreddi, composti da particelle fermioniche con forti interazioni reciproche, che hanno dimostrato di avere proprietà di conduzione ancora migliori di quelle dei superconduttori.

Lo documenta lo studio pubblicato su Physical Review Letters che vede come prima firmataria Giulia Del Pace (nella foto), neodottoressa di ricerca del Dipartimento di Fisica e Astronomia e ora assegnista di ricerca presso l’Istituto Nazionale di Ottica (INO) del CNR. La ricerca, affrontata dal team di ricerca coordinato da Francesco Scazza dell’INO-CNR di Sesto Fiorentino, si inserisce in un ambito, quello della cosiddetta atomtronica, che realizza l’analogo di circuiti elettronici con atomi ultrafreddi intrappolati in strutture create ad hoc con luce laser e/o campi magnetici.

“Alle bassissime temperature realizzate nei laboratori del Lens – racconta Del Pace – il gas atomico mostra il fenomeno della condensazione di Bose-Einstein, per cui le particelle che costituiscono il sistema (in questo caso coppie di fermioni) si trovano a condividere la stessa funzione d’onda. Quando questo accade, il gas mostra effetti quantistici su scala macroscopica e comincia a comportarsi come un superfluido”.

“Rispetto allo stato superfluido ma elettricamente carico degli elettroni nei superconduttori, abbiamo potuto evidenziare l’esistenza di un meccanismo sostanzialmente diverso nel comportamento resistivo del gas atomico – spiega la giovane ricercatrice -. Quando la corrente iniettata nella giunzione atomica supera un certo valore critico, il fluire delle particelle è caratterizzato da una resistenza non nulla – prosegue Del Pace –, ma molto inferiore a quella osservata nelle giunzioni superconduttive, che attualmente sono alla base del funzionamento di diversi dispositivi, come gli SQUID, potenti magnetometri in grado di misurare precisamente debolissimi campi magnetici, oppure i qubit all’interno dei primi prototipi di computer quantistico basati su elementi superconduttivi”.

L’eccesso di conduttanza osservato è dovuto all’esistenza di un più ricco spettro di eccitazioni nei superfluidi atomici neutri che, contrariamente al caso degli elettroni dei superconduttori, ammette la presenza di onde sonore all’interno del gas. E sono proprio quest’ultime a rendere i superfluidi neutri dei conduttori migliori dei superconduttori stessi.

“Il nostro lavoro – commenta Del Pace – sottolinea come l’atomtronica permetta di fare luce sui processi microscopici che governano il trasporto in sistemi complessi come i superconduttori o i superfluidi atomici”. (da destra, nella foto con Del Pace, Francesco Scazza, Giacomo Roati e Woo Jin Kwon)


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