In un mondo in cui gli elettroni di solito si scontrano e perdono energia, i superconduttori permettono loro di muoversi senza resistenza. Ma nel ditellururo di uranio gli scienziati hanno scoperto qualcosa di inaspettato: onde ordinate di coppie di elettroni persistono anche dopo che il materiale perde il suo stato superconduttivo.
La superconduttività si manifesta a temperature molto basse, quando gli elettroni formano coppie di Cooper e attraversano il reticolo cristallino senza perdite. Nei materiali ordinari queste coppie compaiono rigorosamente in corrispondenza di una transizione di fase. Tuttavia nel ditellururo di uranio, che diventa superconduttore al di sotto di 2,1 kelvin, le coppie di Cooper formano motivi spaziali ripetuti — onde di densità di coppia.
Tali onde erano state previste già nel 2007, ma non esistevano prove dirette della loro esistenza al di fuori della fase superconduttiva. I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno utilizzato un microscopio a scansione a effetto tunnel con campo magnetico vettoriale e campioni del materiale di alta qualità. Hanno registrato caratteristici modi elettronici che reagiscono alla temperatura e al campo magnetico esattamente come prevede la teoria delle onde di densità di coppia.
La cosa più sorprendente: questi modi persistono a temperature sensibilmente superiori al punto critico della superconduttività. Il fisico Eduardo Fradkin li ha paragonati al sorriso del Gatto del Cheshire — le tracce che rimangono dopo la scomparsa della fase stessa. Ciò non significa che il materiale rimanga superconduttore a temperature più alte, ma mostra che le coppie di Cooper possono esistere in forma organizzata indipendentemente dallo stato fondamentale.
Il ditellururo di uranio è interessante anche perché è considerato un raro superconduttore a tripletto di spin: le coppie di elettroni in esso possiedono un proprio orientamento magnetico. L'osservazione delle onde di densità di coppia aiuta a capire come si formino esattamente tali coppie insolite e perché si comportino diversamente rispetto ai superconduttori classici.
La scoperta avvicina i fisici alla soluzione dei meccanismi della superconduttività non convenzionale e può indicare vie per creare materiali che funzionano a temperature più alte. Comprendere questi stati intermedi è importante per le tecnologie future — dalle reti energeticamente efficienti ai computer quantistici.
Le onde di densità di coppia mostrano che la superconduttività non è semplicemente un accendersi o spegnersi, ma un processo complesso con fasi intermedie che ora possono essere studiate direttamente.
