Nel mondo dei materiali quantistici, pochi composti hanno suscitato tante controversie quanto il metallo kagome CsV3Sb5. Questo cristallo stratificato, con atomi di vanadio disposti su un reticolo di triangoli, quando viene raffreddato fino a 94 kelvin forma un'onda di densità di carica, e a 2,5–3 kelvin passa allo stato superconduttivo. Anni di esperimenti hanno prodotto risultati contraddittori: alcune misurazioni indicavano una superconduttività convenzionale con un gap energetico completamente aperto, altre la presenza di nodi in cui il gap scompare.
I ricercatori dell'Università di Okayama, guidati dal professore associato Shinji Kawasaki e dal professor Guo-qing Zheng, hanno applicato una deformazione uniassiale ai cristalli di CsV3Sb5. Utilizzando una cella piezoelettrica, hanno allungato il campione lungo una direzione e contemporaneamente ne hanno misurato le proprietà mediante la risonanza quadrupolare nucleare. I risultati, pubblicati su Physical Review Letters, hanno mostrato che il materiale possiede non uno, ma due stati superconduttivi vicini in energia.
Con una deformazione dell'0,9 per cento, la temperatura di transizione allo stato superconduttivo è aumentata da 3,0 a 3,6 kelvin. Al contempo, l'onda di densità di carica è rimasta praticamente invariata. A differenza della pressione idrostatica, che influenza entrambi i fenomeni simultaneamente, la deformazione uniassiale permette di controllare la superconduttività in modo indipendente.
Sotto la deformazione massima, il materiale ha mostrato due transizioni distinte. La prima, a 3,6 kelvin, corrispondeva a uno stato nodale (non convenzionale), la seconda — a 3,0 kelvin — a uno stato privo di nodi (più convenzionale). La frazione della componente nodale è aumentata dal 10 al 26 per cento. La deformazione, dunque, non solo innalza la temperatura, ma sposta anche l'equilibrio tra i due canali di accoppiamento.
La risonanza quadrupolare nucleare ha permesso di osservare a livello atomico e di distinguere questi stati in base all'ambiente elettronico locale. I dati precedentemente contraddittori dei diversi gruppi di ricerca trovano ora una spiegazione: i due stati coesistono in modo quasi degenere, e le diverse metodiche li pesavano in modo differente.
La scoperta trasforma CsV3Sb5 da fonte di confusione in un comodo sistema modello. Ora gli scienziati possono studiare separatamente ciascun canale di accoppiamento, deformando il reticolo. Un tale approccio potrebbe diventare uno strumento generale per separare la superconduttività e gli ordini concorrenti in altri superconduttori insoliti.
Sebbene la temperatura di transizione in CsV3Sb5 sia ancora troppo bassa per un'applicazione pratica, la comprensione dei meccanismi di competizione tra i due stati ci avvicina alla creazione di materiali con una temperatura di superconduttività più elevata. La deformazione del cristallo apre una nuova via per controllare le proprietà quantistiche.
