Che cos’è un superconduttore?
I superconduttori sono materiali che conducono l’elettricità senza resistenza. Questo significa che, a differenza dei conduttori più familiari come il rame o l’acciaio, un superconduttore può portare una corrente indefinitamente senza perdere energia. Hanno anche diverse altre proprietà molto importanti, come il fatto che nessun campo magnetico può esistere all’interno di un superconduttore.

I superconduttori hanno già cambiato drasticamente il mondo della medicina con l’avvento delle macchine per la risonanza magnetica, che hanno significato una riduzione della chirurgia esplorativa. Le aziende elettriche, le società di elettronica, i militari, i trasporti e la fisica teorica hanno tutti beneficiato fortemente della scoperta di questi materiali.

Ad oggi, le più grandi applicazioni di successo dei superconduttori rimangono i potenti elettromagneti usati nei sistemi di risonanza magnetica (MRI) (oltre 22.000 magneti MRI realizzati) e i magneti di ricerca, e le cavità degli acceleratori RF usate negli esperimenti di fisica delle alte energie.

Una breve storia dei superconduttori

La prima scoperta di un materiale superconduttore avvenne nel 1911 quando uno scienziato olandese di nome Heike Kammerlingh Onnes, che fu anche la prima persona a liquefare l’elio, raggiunse temperature fino a 1,7 kelvin (K).

Negli anni ’60, due scoperte non correlate, fatte a stretto contatto, inaugurarono una nuova era in cui furono sviluppati e commercializzati dispositivi superconduttori pratici: una fu la scoperta del superconduttore NbTi, che fornì il primo materiale per la fabbricazione pratica di fili superconduttori e componenti sagomati; la seconda fu la giunzione Josephson, che continua a fornire la base per una varietà di dispositivi elettronici unici.

Nonostante l’enorme successo di NbTi e materiali simili, un’applicazione ancora più ampia dei superconduttori è stata limitata dal requisito del raffreddamento a temperature molto basse (1,5 – 5K) usando elio liquido.

Nella fine del 1986 J. Georg Bednorz e K. Alexander Müller, due ricercatori del laboratorio IBM di Zurigo, hanno scoperto un materiale ossido che superconduceva a 30K. Questi due ricercatori hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica nel 1987 per il loro lavoro. Poi, nel 1987, Paul Chu dell’Università di Houston scoprì YBCO, che divenne un superconduttore a soli 90K. Poiché 90K possono essere raggiunti usando l’azoto liquido, un comune refrigerante industriale, queste scoperte aprirono per la prima volta il potenziale per una gamma molto più ampia di dispositivi. Nei mesi successivi, le scoperte di BSCCO e TBCCO portarono la temperatura di transizione dei superconduttori fino a 127K.

La scoperta di questi “Superconduttori ad alta temperatura” ha suscitato un vasto interesse, ed è emersa un’intera industria dedicata alla ricerca e allo sviluppo commerciale di questi materiali e delle loro applicazioni. Oggi, un’enorme gamma di dispositivi è in fase di sviluppo sia per i superconduttori a bassa che ad alta temperatura.

La concorrenza internazionale è forte in questi materiali, e gli sforzi attuali coinvolgono molti aspetti dell’elettronica, delle comunicazioni, dell’energia, della tecnologia medica, dei trasporti, delle industrie militari e della lavorazione dei materiali.