I superconduttori ad alta temperatura (HTSC) sono materiali in grado di condurre elettricità senza resistenza a temperature più elevate rispetto ai superconduttori convenzionali. Poiché possono funzionare a temperature raggiungibili mediante un raffreddamento poco costoso con azoto liquido, sono considerati candidati promettenti per applicazioni future quali le tecnologie quantistiche, l’elettronica superconduttiva o i dispositivi di memoria di nuova generazione.
Tuttavia, realizzare strutture definite negli HTSC è particolarmente difficile su scale molto piccole, poiché la loro natura ceramica li rende soggetti a degrado durante i processi della micro- e nanofabbricazione convenzionale. Il contenuto di ossigeno del materiale è il fattore chiave che ne determina il comportamento: superconduttivo oppure isolante.
Una ricerca del Politecnico di Milano, dell’ICMAB-CSIC di Barcellona e dell’Université de Liège ha sviluppato un approccio basato su una tecnica di scrittura laser diretta che consente di “disegnare” proprietà superconduttive in un materiale.
Il risultato è un nuovo modo di programmare localmente il comportamento di un superconduttore, modulandolo da uno stato superconduttivo a uno isolante con straordinaria precisione.
Programmare il comportamento di un superconduttore con un laser che “disegna” come una penna
Per superare questa limitazione, i ricercatori hanno utilizzato un laser focalizzato per modificare localmente il materiale, controllando la concentrazione di ossigeno punto per punto con elevata precisione.
“Variando la potenza del laser e il tempo di esposizione, siamo riusciti a creare regioni con proprietà diverse, consentendoci di disegnare strutture nel materiale in modo simile a una penna su un foglio di carta”, afferma Irene Biancardi, ricercatrice del Politecnico di Milano, prima autrice dello studio. La struttura così ottenuta consente quindi di avere parti isolanti accanto a parti superconduttive, oltre a qualsiasi gradiente intermedio.
Un approccio che apre nuove possibilità per la progettazione di dispositivi superconduttivi con proprietà su misura.
“La capacità di modulare localmente il comportamento superconduttivo potrebbe essere sfruttata in dispositivi quali risonatori, elementi di memoria e componenti per le tecnologie quantistiche, contribuendo allo sviluppo di tecnologie dell’informazione e della comunicazione più efficienti dal punto di vista energetico”, spiegano Edoardo Albisetti e Daniela Petti, docenti del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano.
“Ottenere un intero campione omogeneo, tutto ben ossigenato, è facile. Così come ottenerlo uniformemente deossigenato. La vera sfida è ottenere piccole strutture con diversi livelli di ossigenazione all’interno dello stesso film“, conclude Anna Palau, ricercatrice dell’Institut de Ciència de Materials de Barcelona, tra gli autori di riferimento dell’articolo.
La ricerca, pubblicata sulla rivista “Advanced Functional Materials”, ha ricevuto finanziamenti dall’H2020 ERC Starting Grant B3YOND (n. 948225).
