In uno studio pubblicato Scienza avanzata, ricercatori guidati dal Prof. Zhong Guohua dello Shenzhen Institute of Advanced Tecnologia (SIAT) dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS) hanno fatto una previsione riguardante la superconduttività superiore a 100 K all'interno delle reti di gabbie di carbonio.
Utilizzando i calcoli dei principi primi, hanno creato carburi con le caratteristiche strutturali delle reti di gabbie di carbonio, ottenendo un robusto accoppiamento elettrone-fonone e superando le temperature di transizione superconduttrici dei carburi convenzionali come diamante, grafene, nanotubi di carbonio e fullerene.
Recentemente, c'è stato un aumento di interesse per la superconduttività all'interno di composti elementari leggeri, in particolare nel contesto della superconduttività ad alta temperatura a pressione ambiente. I materiali di carbonio, in quanto composti elementari leggeri rappresentativi, sono considerati la pietra angolare dei materiali futuri.
Sebbene la superconduttività sia stata rilevata in alcuni materiali a base di carbonio tra cui diamante, grafene, nanotubi di carbonio e fullerene, le temperature di transizione superconduttrici (Tc) rimangono al di sotto del punto critico di 77 K, il punto di ebollizione dell'azoto liquido.
Esplorare lo sviluppo di superconduttori in materiale di carbonio con T elevatoc, i ricercatori hanno ideato due nuove strutture di carbonio caratterizzate da reti simili a gabbie. Hanno studiato meticolosamente la loro superconduttività introducendo droganti metallici. Queste unità di gabbia, C24 e C32, sono interconnessi attraverso superfici condivise per creare strutture cristalline.
Calcoli ad alto rendimento hanno anticipato che queste strutture di rete simili a gabbie possono mostrare superconduttività ad alta temperatura sotto pressione ambiente se drogate con metalli. In particolare, C24 i cristalli della rete di gabbie drogati con metalli Na, Mg, Al, In e Tl hanno dimostrato una superconduttività ad alta temperatura superiore a 100 K. Questo non solo ha sovraperformato il Tc di materiali di carbonio comuni come diamante, grafene, nanotubi di carbonio e fullerene, ma ha anche superato notevolmente il punto di ebollizione dell'azoto liquido.
Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che l’accoppiamento delle strutture della gabbia gioca un ruolo fondamentale, determinando interazioni elettrone-fonone più forti rispetto ad altri materiali di carbonio e portando a una T più elevatac. Hanno scoperto che la superconduttività dei carburi con reti di gabbie dipende fortemente dall'elettronegatività e dalla concentrazione di drogaggio dei metalli introdotti. Un’elettronegatività più debole e una concentrazione di drogaggio più elevata tendono a produrre un T più elevatoc valori.
“I nostri risultati forniscono un modo promettente per lo sviluppo di alta Tc superconduttori. Prevediamo che questo lavoro ispirerà indagini sperimentali e teoriche sui superconduttori ad alta temperatura basati su carburi”, ha affermato il prof. Zhong.