Da sinistra: Pietro Maria Forcella, il prof. Gianni Profeta e Cesare Tresca

 

È di Città Sant’Angelo. È un fisico laureato all’Università degli studi dell’Aquila con una laurea magistrale focalizzata sulla fisica della materia condensata. Attualmente è dottorando presso l’Università degli studi dell’Aquila. Il suo lavoro di dottorato si basa sullo studio delle proprietà fondamentali ed esotiche dei materiali 2D e 3D, come ad esempio proprietà topologiche, superconduttività, e transizioni di fase, mediante metodi computazionali ab-initio.

Introduzione alla Superconduttività Ambientale. Il gruppo di ricerca del Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche e dell’Istituto SPIN del CNR, composto dal ricercatore di Città Sant’Angelo Pietro Maria Forcella, dal ricercatore Cesare Tresca guidati dal prof. Gianni Profeta, ha utilizzato tecniche computazionali avanzate, tra cui il machine learning, per chiarire le proprietà fisiche del LuH3.

Le simulazioni hanno rivelato che la presenza di impurezze di azoto induce la formazione spontanea di molecole di idrogeno nel materiale. Questo fenomeno potrebbe favorire le condizioni per la superconduttività a pressione ambiente, ma la temperatura critica prevista di -260°C rimane ben lontana dalla temperatura ambiente. Sebbene il lavoro confermi l’impossibilità di ottenere la superconduttività in condizioni ambientali con il LuH3, apre nuove prospettive sull’utilizzo dell’idrogeno molecolare tramite drogaggio chimico.

Inoltre, sottolinea l’importanza delle fasi metastabili negli idruri, che potrebbero spiegare le difficoltà di riproduzione degli esperimenti superconduttivi. Queste fasi, poco stabili e difficili da controllare, potrebbero rivelarsi un elemento chiave per comprendere le variazioni nei risultati sperimentali osservati finora. In conclusione, la ricerca sul LuH3 e sulle sue proprietà superconduttive, sebbene non abbia portato ai risultati sperati, rappresenta un passo importante nella continua esplorazione degli idruri e delle loro potenzialità. La strada verso materiali superconduttivi pratici e ad alte temperature è ancora lunga, ma scoperte come questa alimentano la speranza di un futuro energetico più efficiente e sostenibile. 

Enio Remigio

 

Ricerca a cura di Pietro Maria Forcella, Cesare Tresca guidati dal Prof. Gianni Profeta

 

La superconduttività è un fenomeno fisico in cui alcuni materiali possono condurre elettricità senza resistenza quando vengono raffreddati al di sotto di una certa temperatura critica. La scoperta della superconduttività a temperatura ambiente rappresenterebbe una rivoluzione nel campo della scienza e della tecnologia, aprendo la strada ad applicazioni innovative in vari settori, dalla trasmissione di energia alla tecnologia dei computer. 

Il Ruolo degli Idruri Recentemente, gli scienziati hanno scoperto che alcuni idruri (composti chimici contenenti idrogeno) mostrano superconduttività ad alta temperatura, ma solo sotto pressioni elevate. Questo ha portato a sperare che la superconduttività a temperatura ambiente possa essere raggiunta.

Tuttavia, la necessità di pressioni così elevate rende ad oggi questi materiali inutilizzabili all’atto pratico, è quindi necessario trovare un compromesso tra temperatura e pressione critica. La Ricerca in Corso Lo studio si concentra sull’idruro di lutezio (LuH3) drogato con azoto (N). Utilizzando tecniche avanzate di simulazione quantistica, si è scoperto la formazione di molecole di idrogeno (H2) all’interno del cristallo rende il sistema stabile a pressione ambiente. Queste molecole giocano un ruolo cruciale nella transizione ad una fase superconduttiva a basse temperature.

Risultati Chiave

1. Formazione di Molecole di H2: Si è osservato che le molecole di idrogeno iniziano a formarsi a temperature molto basse e rimangono stabili anche a temperature più elevate. Questo è un risultato significativo, poiché la formazione di molecole stabili in un cristallo è di per sé un risultato non banale.

2. Proprietà Elettroniche: Le simulazioni hanno rivelato che la presenza di molecole di H2 modifica le proprietà elettroniche del materiale, creando condizioni favorevoli per la superconduttività. In particolare, si è identificato bande elettroniche piatte vicino al livello di Fermi, che sono associate all’emergere della superconduttività.

3. Dinamica Molecolare: Le simulazioni di dinamica molecolare hanno mostrato che il sistema esplora sia stati metallici che isolanti, a seconda della configurazione delle molecole di H2 e dei legami con l’azoto. Questo comportamento complesso è essenziale per comprendere come ottimizzare le condizioni per la superconduttività.

Implicazioni Future

La ricerca del team suggerisce che la stabilizzazione dell’idrogeno in forma molecolare attraverso il drogaggio chimico potrebbe aprire nuove strade per esplorare le proprietà superconduttive degli idruri. Inoltre, la possibilità di sintetizzare idruri a pressione ambiente potrebbe facilitare l’uso di tecniche sperimentali avanzate per studiare questi materiali. Conclusione In sintesi, lo studio rappresenta un ulteriore passo verso la realizzazione della superconduttività a condizioni ambientali. La scoperta del ruolo delle molecole di H2 stabilizzate da impurità di azoto offre nuove prospettive per la ricerca futura e potrebbe portare a sviluppi significativi nella tecnologia dei materiali.

La verifica sperimentale di queste scoperte sarà fondamentale per confermare le teorie studiate e per avanzare nel campo della superconduttività. Una recente collaborazione tra il gruppo di fisici formato da Forcella, Tresca e dal Prof. Profeta dell’Università degli Studi dell’Aquila, dell’Istituto SPIN del CNR e dell’Università di Vienna ha portato a un importante passo avanti nella comprensione della superconduttività, pubblicato sulla prestigiosa rivista *Nature Communications*. Il lavoro si concentra sul LuH3, un idruro di lutezio, e rappresenta un contributo significativo alla ricerca di nuovi materiali superconduttivi con temperature critiche più elevate e condizioni operative più pratiche.

La superconduttività è un fenomeno affascinante scoperto oltre un secolo fa, che consente a determinati materiali di azzerare la resistenza elettrica e respingere i campi magnetici. Questa caratteristica potrebbe rivoluzionare il panorama energetico globale, permettendo il trasporto di corrente senza dispersione di energia. Tuttavia, la superconduttività è finora stata osservata solo in materiali a temperature estremamente basse, tipicamente sotto i -200°C, limitandone così le applicazioni pratiche.

Negli ultimi anni, l’attenzione della comunità scientifica si è spostata sugli idruri, composti metallici ricchi di idrogeno, che hanno mostrato transizioni superconduttive a temperature critiche insolitamente elevate, fino a -20 °C. Tuttavia, per raggiungere tali stati superconduttivi, sono necessarie pressioni straordinarie, simili a quelle presenti al centro della Terra, creando un ostacolo pratico per l’applicazione di questi materiali.

La scoperta della superconduttività in condizioni ambientali nel LuH3, un materiale composto da atomi di lutezio con impurezze di azoto, ha suscitato grande entusiasmo sia nella comunità scientifica sia nell’industria tecnologica. Tuttavia, questa scoperta si è rivelata irriproducibile, accompagnata da accuse di frode scientifica, sollevando interrogativi sulla validità dei risultati.