LK-99 non è un superconduttore: ecco spiegato il perché

Nelle ultime settimane si è parlato tanto di superconduttori a temperatura ambiente e degli immensi vantaggi che la loro scoperta apporterebbe, ad esempio, in ambito energetico. La pubblicazione di una ricerca su LK-99, un materiale definito sorprendente da un gruppo di ricercatori sudcoreani, ha immediatamente sollevato un’eco immensa su scala planetaria sollecitando allo stesso tempo puntuali verifiche da parte della comunità scientifica.

E mentre un team composto da ricercatori cinesi ha illustrato il potenziale di un materiale come LK-99 in tema di levitazione magnetica a temperatura ambiente, gli scienziati di mezzo mondo hanno messo sotto la lente le asserzioni dei due gruppi di studiosi.

Il risultato al quale si è rapidamente pervenuti è che non soltanto LK-99 non è un superconduttore a temperatura ambiente: LK-99 non è proprio un superconduttore in senso più ampio.

Cos’è un superconduttore

Un superconduttore è un materiale che, quando viene raffreddato al di sotto di una certa temperatura critica, acquisisce la capacità di condurre elettricità senza porre alcuna resistenza.

In un superconduttore gli elettroni possono fluire attraverso il materiale senza incontrare alcuna perdita di energia sotto forma di calore o resistenza elettrica. Ciò è possibile grazie a un fenomeno quantistico noto come coppia di Cooper. Quando gli elettroni si trovano a basse temperature all’interno di un superconduttore, essi si legano in coppie tenute insieme da forze di attrazione. Esse sono determinate dalle interazioni con le vibrazioni del reticolo cristallino del materiale. Le coppie di Cooper possono attraversare il materiale senza collisioni significative con altre particelle: da qui ne discende il flusso di corrente senza resistenza.

Com’è iniziata la saga del materiale LK-99 descritto come superconduttore

Verso fine luglio scorso, un team guidato da Sukbae Lee e Ji-Hoon Kim (Quantum Energy Research Center, startup di Seoul), ha pubblicato uno studio in cui affermava che LK-99 mostra le caratteristiche di superconduttore a pressione normale e temperature fino ad almeno 127 ºC (400 kelvin). Tutti i superconduttori precedentemente confermati come tali presentano questo comportamento soltanto con valori di temperatura e pressione estremi.

Come si è capito che LK-99 non è un superconduttore

Dopo la girandola di dichiarazioni che si sono susseguite nei giorni scorsi, Nature fa il punto sulle verifiche condotte dagli esperti confermando che LK-99 non è affatto un superconduttore.

Stando alle conclusioni delle più recenti ricerche, LK-99, che è un composto di rame, piombo, fosforo e ossigeno, ha un “rapido calo della resistività elettrica” ​​e “galleggia parzialmente su un magnete” (levitazione magnetica) a causa della presenza di impurità da solfuro di rame. Un gruppo di ricerca ha addirittura dimostrato che LK-99 sarebbe un isolante: esattamente il contrario di quanto dovrebbe fare un superconduttore.

Derrick van Gennep, ex fisico della materia presso l’Università di Harvard, ha inoltre osservato che le caratteristiche di LK-99 sono probabilmente il risultato del ferromagnetismo. A supporto della sua affermazione, l’accademico ha creato un campione che combina polvere di ferro a trucioli di grafite compressi. Sebbene non si abbia ovviamente a che fare con un superconduttore, l’oggetto di van Gennep sembra comportarsi in modo molto simile a LK-99 proprio perché è un materiale ferromagnetico. Il comportamento che si vede nel video è molto simile a quello del campione di LK-99. Al contrario, i veri superconduttori che levitano su magneti possono essere fatti girare e persino mantenuti capovolti.

Sono in corso anche alcuni esperimenti per rimuovere le impurità da LK-99, ma è diventato chiaro che il materiale privato delle impurità non è un superconduttore ma un isolante con un valore di resistenza di diversi milioni di Ohm. Un campione puro di LK-99 un leggero ferromagnetismo e diamagnetismo, ma ciò non sembra sufficiente neppure per riprodurre un fenomeno di levitazione parziale.

La lezione imparata con i roboanti annunci estivi sulla superconduttività

Molti ricercatori stanno riflettendo su ciò che hanno appreso dagli annunci estivi sulle mirabolanti proprietà di LK-99. Certo, la scoperta di un superconduttore a temperatura e pressione ambientali e un po’ il sogno nel cassetto di tutti i ricercatori ma è necessario tenere sempre i piedi per terra.

La Density Functional Theory (DFT) è un approccio teorico ampiamente utilizzato in fisica della materia condensata e in chimica teorica per studiare il comportamento e le proprietà dei sistemi elettronici, come gli atomi, le molecole e i materiali solidi, tra cui i superconduttori. Nel contesto dei superconduttori, la DFT è impiegata per studiare le proprietà elettroniche, strutturali e magnetiche di questi materiali. La teoria si basa sul principio che le proprietà di un sistema possono essere descritte attraverso la densità elettronica, cioè la distribuzione spaziale delle cariche elettroniche. Invece di trattare gli elettroni individualmente, la DFT si concentra sulla densità elettronica, semplificando notevolmente i calcoli complessi che altrimenti sarebbero richiesti.

Quando si utilizza tale approccio, tuttavia, è bene muoversi con i proverbiali piedi di piombo perché l’errore è sempre in agguato e il rischio che l’esito di un esperimento non possa essere riprodotto è elevatissimo.

Quando i superconduttori di ossido di rame sono stati scoperti nel 1986, i ricercatori si sono lanciati a sondarne le proprietà. Ma quasi quattro decenni dopo, c’è ancora un dibattito sul meccanismo superconduttore del materiale, spiega Inna Vishik (Università della California). Nel caso di LK-99 la comunità scientifica si è prodigata in un rapido ed efficace sforzo congiunto: avviene davvero di rado che un puzzle come quello proposto con LK-99 venga ricomposto così velocemente.