Cento anni fa il fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes scopriva che alcuni materiali al di sotto di una certa temperatura presentano una resistenza elettrica nulla: era spontaneo definirli superconduttori. Più tardi si sono scoperte altre interessanti proprietà di tali materiali tra cui la più spettacolare è quella di respingere i campi magnetici rendendo possibile il fenomeno della levitazione magnetica, che oggi fa viaggiare alcuni treni come dei tappeti volanti sospesi sulle rotaie. Solo venticinque anni fa tuttavia la temperatura necessaria per innescare la superconduttività ha iniziato ad allontanarsi dai livelli prossimi allo zero assoluto e ora ci sono composti chimici particolari che diventano superconduttori a 139 gradi sottozero, quella che gli specialisti non esitano a chiamare “alta temperatura”.
Le aspettative destate da questo tipo di materiali sono ovviamente elevate e ovunque si intensificano le ricerche. Negli ultimi tempi poi, i superconduttori sono balzati agli onori della cronaca essendo i principali responsabili delle elevate energie e velocità raggiunte dalle particelle nell’acceleratore LHC del Cern di Ginevra.
L’Italia è in una posizione avanzata in questo campo, grazie anche a realtà come il centro SPIN del CNR, costituito nel 2010 raggruppando quattro istituti già impegnati in questo settore.
Ilsussidiario.net ha incontrato il direttore, Ruggero Vaglio.
Professor Vaglio, possiamo dire che la superconduttività sta mantenendo le sue promesse? Quali sono i principali risultati pratici raggiunti?
Si potrebbe forse dire che la superconduttività non ha mantenuto alcune promesse, ma io penso che è solo perché ne erano state fatte troppe o erano state ipotizzate su una scala di tempo troppo breve. Di fatto in alcuni campi l’utilizzo dei superconduttori è già largamente diffuso. Il principale è quello dei magneti ad altissimo campo per la diagnostica medica per immagini. Le apparecchiature a risonanza magnetica basate sui superconduttori sono diffuse ormai in tutte le principali strutture ospedaliere del mondo.
Quali sono i prossimi obiettivi delle ricerche?
Una delle “promesse” era quella del grande risparmio energetico ottenibile utilizzando cavi superconduttori per il trasporto dell’energia elettrica. Ma questo, a parte specifiche applicazioni, nella pratica diventerà solo possibile disponendo di superconduttori che funzionino senza raffreddamento (ricordo che ad oggi i superconduttori vanno raffreddati a temperature inferiori a -100 °C). Personalmente ritengo quello dello studio dei materiali a sempre più alta temperature critica e dei meccanismi fisici che determinano il fenomeno, come il principale obiettivo da perseguire in questa fase.
Quanto è vicino il traguardo della superconduttività a temperatura ambiente?
Fino a pochi anni fa si riteneva impossibile il sogno della superconduttività a temperatura ambiente, ma gli studi attuali ci fanno essere molto più ottimisti. È difficile ipotizzare se e quando sarà possibile ottenere questo risultato, ma certamente a livello internazionale c’è un grande sforzo di ricerca in questo senso e l’Italia ha un buon posizionamento internazionale in questo settore di ricerca, grazie anche, penso, alla costituzione del nuovo Istituto CNR SPIN.
Perché è stato costituito il centro SPIN e quali sono le principali attività di ricerca
L’Istituto SPIN del CNR è stato costituito a partire dall’esperienza dell’INFM (Istituto Nazionale per la Fisica della Materia) nel campo dei superconduttori, appunto per mettere insieme molte delle potenzialità di ricerca del nostro paese in questo settore, che erano maturate sia a Genova, dove è la sede dell’Istituto, sia nell’area di Napoli-Salerno, dove sono situate altre due importanti sedi.
SPIN svolge sia ricerca fondamentale sullo sviluppo di nuovi superconduttori, verso la superconduttività a temperatura ambiente, sia applicative per lo sviluppo di materiali che possano migliorare le performance di quelli già sul mercato, sia ricerche su applicazioni in elettronica e sensoristica della superconduttività, che presentano potenzialità ancora parzialmente inespresse. Tra queste voglio ricordare gli studi sui dispositivi per la computazione quantistica per i computer del futuro, su cui stiamo ottenendo risultati di prestigio.
Ma non ci sono solo i superconduttori …
C’è da dire che la superconduttività, soprattutto quella “ad alta temperatura” ha costituito una importante palestra per i ricercatori e le competenze maturate in questo settore hanno permesso lo sviluppo di ricerche parallele su altri materiali, non superconduttori, quali gli ossidi funzionali, che presentano proprietà molto interessanti quali la magnetoresistenza gigante o la multifferroicità, sviluppate tra l’altro con grande successo presso la sede di SPIN de L’Aquila. L’Istituto dunque svolge ricerca avanzata anche in questi campi. Complessivamente nelle attività di ricerca sono coinvolti circa 200 ricercatori, per fortuna in gran parte giovani e brillanti. Sui finanziamenti naturalmente si soffre molto, ma con l’accesso a finanziamenti comunitari in questo momento riusciamo a far fronte dignitosamente alle principali esigenze.
Quali sono gli ambiti applicativi che possono trarre maggior vantaggio dall’impiego di materiali superconduttori?
Cavi per il trasporto di corrente, magneti ad altissimo campo per immagini medicali o per acceleratori di particelle, motori elettrici ad alta efficienza, levitazione magnetica per il trasporto di persone ad alta velocità. Sensori “SQUID” ad elevate sensibilità per magnetoencefalografia, o per la rilevazione di difetti in strutture complesse o per prospezioni geofisiche. Rivelatori di singoli fotoni o altre particelle o molecole complesse. Filtri e altri dispositivi per telefonia cellulare. Dispositivi e nano-dispositivi elettronici e per la computazione quantistica. Questo e molto altro….ma meglio non promettere troppo e invece lavorare giorno per giorno per sviluppare in modo coordinato l’attività di ricerca verso questi obbiettivi!
(a cura di Mario Gargantini)
