Un impulso laser, uno speciale materiale, una proprietà straordinaria che appare inspiegabilmente. Sono questi gli elementi principali di una ricerca condotta da un’equipe internazionale coordinata da Michele Fabrizio e composta da Andrea Nava ed Erio Tosatti della Sissa di Trieste, Claudio Giannetti, dei laboratori I-Lamp (Interdisciplinary Laboratories for Advanced Materials Physics) della sede di Brescia dell’Università Cattolica, e Antoine Georges, del Collège de France.
I risultati di questo studio sono stati appena pubblicati sulla rivista Nature Physics. Protagonista dello studio è un composto della molecola più simmetrica esistente in Natura, il C60, appartenente alla classe dei fullereni e contraddistinta dalla caratteristica forma di una palla da calcio. È noto che questo composto, con formula chimica K3C60, possa comportarsi come un superconduttore, e quindi condurre senza dissipare energia, al di sotto di una temperatura critica di 20 gradi Kelvin, corrispondenti a circa -253 gradi centigradi.
Recentemente, è stato scoperto che il K3C60 è capace di trasformarsi in un superconduttore ad alta temperatura quando colpito da un impulso laser di durata brevissima. Questo materiale assume proprietà superconduttive, anche se per brevissimi istanti, fino a una temperatura di -73 gradi centigradi, quasi 100 gradi sopra la temperatura critica di equilibrio. Con la ricerca appena pubblicata gli scienziati hanno chiarito la ragione di questo misterioso comportamento.
Il K3C60 è un composto in cui proprietà prettamente molecolari coesistono con proprietà metalliche, una caratteristica comune dei materiali cosiddetti “fortemente correlati”. Secondo la teoria sviluppata dai ricercatori in questo studio, il raggio laser crea un’eccitazione molecolare ad alta energia ma per farlo deve assorbire calore dalla componente metallica di bassa energia, che pertanto si raffredda. Poiché è proprio la componente metallica quella coinvolta nella conduzione, il suo raffreddamento può stabilizzare una fase di superconduttività nonostante la temperatura esterna sia maggiore di quella critica.
«Si tratta di un esempio di laser cooling, ma con un nuovo meccanismo di funzionamento mai proposto fino a ora» spiega Claudio Giannetti. «Il fatto che il raggio di luce possa cambiare per qualche istante le caratteristiche di un materiale è un’osservazione importante. In prospettiva potrebbe permettere la costruzione di dispositivi elettronici con caratteristiche che cambiano con l’uso della luce, come se fosse un interruttore. Il controllo ultrarapido dei materiali con fonti di luce, del resto, è oggi un campo di grande interesse per la comunità scientifica e per le possibili ripercussioni tecnologiche di queste applicazioni».
Questi risultati confermano ancora una volta il contributo fondamentale a livello internazionale della ricerca condotta presso il centro di ricerca I-Lamp.
