I supercalcolatori avanzati sono stati impiegati in recenti studi per approfondire la dinamica dei superconduttori a base di rame, con l’obiettivo di sviluppare materiali più efficienti a temperature più elevate. Questi materiali potrebbero portare a significativi miglioramenti nei dispositivi elettronici. Nel corso degli ultimi 35 anni, gli scienziati hanno dedicato le proprie ricerche a una categoria particolare di materiali noti come superconduttori. Quando vengono raffreddati a temperature specifiche, questi materiali consentono al flusso di elettricità di avvenire senza alcuna resistenza.
Un team di ricerca, sfruttando il supercomputer Summit, ha approfondito il comportamento dei superconduttori concentrandosi sull’interazione delle particelle cariche negativamente con le unità più piccole di luce presenti all’interno del materiale. Questa interazione provoca cambiamenti improvvisi e drammatici nelle proprietà del materiale, rappresentando la chiave per comprendere il funzionamento di specifici superconduttori a base di rame.
Il team si è proposto di esplorare l’evoluzione di queste interazioni tra particelle in ambienti densamente popolati, in cui numerose particelle interagiscono simultaneamente. Le scoperte potrebbero offrire importanti intuizioni su una categoria specifica di superconduttori a base di rame, più efficienti rispetto a quelli tradizionali e in grado di operare a temperature relativamente più elevate, rendendoli promettenti per futuri dispositivi elettronici a basso consumo energetico.
I ricercatori hanno modellato le complesse interazioni tra le particelle di elettroni cariche negativamente e le interazioni tra elettroni e fononi, le più piccole unità di energia vibrante presenti nel materiale. Questi modelli hanno coinvolto milioni di stati di particelle, ciascuno con caratteristiche distinte, rappresentando uno dei calcoli più complessi effettuati dal team sui superconduttori a base di rame fino a quel momento.
Questo approccio ha fornito ai ricercatori un quadro per studiare l’auto-energia degli elettroni, avvicinandoli alla comprensione dei meccanismi di una particolare famiglia di superconduttori a base di rame, che si prevede saranno più efficienti rispetto ai superconduttori convenzionali.
Lo studio di Zhenglu Li, Meng Wu, Yang-Hao Chan e Steven G. Louie, pubblicato su Physical Review Letters il 8 aprile 2021, ha svelato l’origine delle curve presenti negli spettri di fotoemissione dei superconduttori cuprati. Il lavoro è stato supportato dal Dipartimento dell’Energia Office of Science attraverso il Programma di Teoria dei Materiali presso il Lawrence Berkeley National Laboratory e dalla National Science Foundation. I codici avanzati sono stati forniti dal Center for Computational Study of Excited-State Phenomena in Energy Materials (C2SEPEM). Risorse computazionali sono state fornite dall’Oak Ridge Leadership Computing Facility, dal Texas Advanced Computing Center e dal National Energy Research Scientific Computing Center.
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