Descrizione del modulo "Superconduttività come cura di un comportamento metallico anomalo (MD.P02.024.001)"

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  • Descrizione del modulo "Superconduttività come cura di un comportamento metallico anomalo (MD.P02.024.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • I superconduttori di alta temperatura critica sono gia' oggi utilizzati in un moltissimi ambiti tra cui spiccano per il loro impatto sulla societa' il risparmio energetico, la medicina e l'alta tecnologia. Da un punto di vista energetico esistono diversi progetti di cavi per trasmissione, alcuni dei quali sono gia' utilizzati. L'utilizzo piu' diffuso dei superconduttori ad alta Tc e' comunque come elettromagneti, con utilizzi che vanno dalla risonanza magnetica nucleare, ai ciclotroni, all'utilizzo dell'Magnetic Resonance Imaging o della magnetoencefalografia in medicina. (literal)
Tematiche di ricerca
  • L'origine della superconduttivita ad \"alta temperatura\" e' indubbiamente uno dei temi piu' elusivi della fisica dello stato solido degli ultimi decenni. Lo scopo della ricerca di questa commessa (finanziata dallo Starting Grant ERC \"SUPERBAD\") è di individuare uno schema generale in cui comprendere le proprietà delle diverse famiglie di superconduttori ad alta temperatura critica, individuando nella correlazione elettronica l'elemento unificante di diverse famiglie di superconduttori. Nell'ambito di tale scenario la debolezza dello stato metallico, determinata dagli effetti di correlazione forte, e la chiave per una superconduttivita' particolarmente forte. Più specificamente la superconduttività appare come una \"cura\" ad una \"malattia\" di uno stato normale metallico con caratteristiche anomale e debolmente conduttivo. Lo studio di altri sistemi fortemente correlati (ossidi di metalli di transizione e composti organici) e di \"materiali artificiali\" (sistemi di atomi ultrafreddi in reticoli ottici) con caratteristiche comuni ai materiali superconduttori già menzionati rappresenta un necessario complemento della tematica centrale. (literal)
Competenze
  • La tecnica che verra' utilizzata prevalentemente e' la teoria di campo medio dinamico (dynamical mean-field theory, DMFT), nella sua versione \"standard\" a singolo sito e nelle estensioni \"a cluster\". La tecnica permette di studiare in modo non perturbativo le proprieta' di sistemi fortemente correlati con molte scale energetiche, quali i materiali oggetto della ricerca. Il gruppo coinvolto nella commessa ha un'esperienza piu' che decennale nella tecnica e il responsabile ha contribuito allo sviluppo del metodo, anche in collaborazione con i principali gruppi nel campo. Alla DMFT verranno affiancati metodi semi-analitici come i bosoni schiavi invarianti per rotazione, il metodo di Gutzwiller e gli spin schiavi per ottenere caratterizzazioni piu' intuitive dei risultati ottenuti con la DMFT. Allo scopo di fornire una descrizione realistica dei materiali superconduttori, i metodi \"many-body\" appena descritti verranno complementati da metodi ab-initio basati sulla teoria del funzionale densita'. L'integrazione tra questi metodi e' gia' ad uno stato avanzato. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Una caratterizzazione anche quantitativa delle proprietà di superconduttori ad alta temperatura critica puo' aprire grandi prospettive applicative, ad esempio nello sviluppo di magneti superconduttori ed eventualmente di dispositivi elettronici. (literal)
Tecnologie
  • Vedi sezione \"Competenze\" (literal)
Obiettivi
  • Gli obiettivi della commessa coincidono sostanzialmente con gli obiettivi del progetto \"SUPERBAD-Understanding high-temperature superconductivity from the foundations: Superconductivity as a cure of bad metallic behavior\" finanziato dall'European Research Council come \"Starting Independent Research Grant\" nell'ambito del programma IDEAS. L'obiettivo principale e' la comprensione del ruolo della correlazione elettronica nelle diverse famiglie di materiali superconduttori ad alta temperatura. In particolare ci si propone di portare di dare una dimensione realistica e quantitativa lo scenario della superconduttivita' fortemente correlata, in cui la superconduttivita' viene favorita dalla repulsione coulombiana e compare come \"cura\" di uno stato metallico \"malato\", indebolito dalla presenza delle forti interazioni repulsive. (literal)
Stato dell'arte
  • Negli ultimi anni sono emerse alcune novità che ci permettono di affrontare il problema della superconduttività ad alta temperatura critica in una nuova ottica. Da una parte la famiglia dei superconduttori ad alta Tc si e' allargata grazie alla scoperta di superconduttività con temperature fino a 55K in materiali basati sul ferro, aggiungendo una nuova e sorprendente tessera al puzzle. D'altra parte le tecniche sviluppate per studiare materiali fortemente correlati (come gli ossidi di rame, i composti del fullerene e i composti basati sul ferro appena menzionati) hanno raggiunto uno stato che permette di fare predizioni anche quantitative, grazie anche all'utilizzo combinato di metodi di struttura elettronica. (literal)
Tecniche di indagine
  • Vedi sezione \"Competenze\" (literal)
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