I progressi della superconduttività potrebbero trasformare l'elettronica e la domanda di energia

Un superconduttore senza rame a 30K

All'Università Nazionale di Singapore, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo materiale superconduttore che funziona al di sopra dei 30K, senza ricorrere al rame e a una normale pressione atmosferica. 

Ciò significa che mostra resistenza elettrica pari a zero a temperature superiori a -243°C. Si tratta di un valore relativamente "alto" nel mondo dei superconduttori, dove molti materiali funzionano solo in prossimità dello zero assoluto.

Il dottor Stephen Lin Er Chow, membro del team di ricerca, ha spiegato: "Questo ossido superconduttore non a base di rame dimostra una superconduttività ad alta temperatura a pressione atmosferica a livello del mare, senza bisogno di ulteriore compressione".

I superconduttori trasportano la corrente elettrica con una resistenza pari a zero, eliminando la perdita di energia. Il loro potenziale è enorme: dalle reti elettriche ai treni maglev e ai computer quantistici. Ma finora hanno richiesto soprattutto un raffreddamento costoso o l'impiego di materiali rari. Un'opzione scalabile, priva di rame e funzionante a temperature relativamente elevate, potrebbe ridurre i costi ed espanderne l'uso.

Il team di Singapore ha anche sviluppato un quadro teorico per identificare nuovi materiali superconduttori, andando oltre i composti a base di rame e ampliando la ricerca di superconduttori più pratici.

Fosfuro di niobio: Lo sfidante nano del rame

Nel frattempo, presso l'Università di Stanford, i ricercatori hanno identificato fosfuro di niobio come forte candidato a sostituire il rame nell'elettronica su scala nanometrica. Quando i dispositivi si restringono, il rame perde efficienza, ma il fosfuro di niobio mantiene la sua conduttività anche in strati ultrasottili.

Questo è importante per tutto, dai microchip alla trasmissione di dati ad alta velocità. Jason Deegan, riferendo dei risultati di Stanford, osserva che il potenziale di riduzione del calore del materiale potrebbe risolvere uno dei maggiori problemi dell'industria tecnologica: la gestione termica in dispositivi sempre più compatti.

Offre inoltre vantaggi produttivi. A differenza di molte altre alternative, il fosfuro di niobio può essere integrato nei processi esistenti senza bisogno di grandi riprogettazioni.

Implicazioni nel mondo reale

Le implicazioni di entrambi i materiali vanno ben oltre il laboratorio.

I superconduttori a più alta temperatura potrebbero sostenere trasmissione di potenza a perdita zero su lunghe distanze, trasformando l'efficienza della rete. Potrebbero inoltre ridurre gli sprechi di energia nei trasporti e nelle infrastrutture di dati.

Allo stesso tempo, il miglioramento di conduttori su scala nanometrica come il fosfuro di niobio potrebbe portare a elettronica più fredda, più veloce e più compatta, migliorando tutto, dai dispositivi mobili ai data center.

Aziende come American Superconductor Corporation (AMSC) stanno già guardando a questi sviluppi. AMSC sviluppa sistemi di superconduttori per reti e per uso militare ed è ben posizionata per beneficiare dell'accelerazione delle scoperte nel campo della scienza dei materiali.

La strada da percorrere

Sebbene permangano sfide nella scalabilità e nella commercializzazione di questi materiali, il ritmo delle scoperte si sta accelerando. Ciò che un tempo era teorico si sta avvicinando all'applicazione nel mondo reale.

Man mano che la superconduttività diventa meno dipendente da condizioni esotiche e le alternative al rame diventano più praticabili, il panorama globale dell'energia e dell'elettronica potrebbe essere pronto per un cambiamento importante, in cui efficienza, resilienza e sostenibilità andranno di pari passo.