Ricercatori della Cornell University hanno raggiunto un traguardo significativo nella produzione di superconduttori, sviluppando un innovativo metodo di stampa 3D che integra materiali morbidi. Questa tecnica, che unisce chimica dei polimeri e manifattura additiva, promette avanzamenti sostanziali in settori chiave come la tecnologia MRI e i computer quantistici di nuova generazione.
Il risultato più notevole di questa ricerca è il campo magnetico critico raggiunto dal nitruro di niobio, che con questa nuova tecnica si attesta tra 40 e 50 Tesla. Questo valore rappresenta un record assoluto per il materiale, fondamentale per la sua funzionalità in ambienti con campi magnetici estremamente elevati, come quelli impiegati nelle apparecchiature mediche avanzate. Il professor Ulrich Wiesner, a capo del progetto, ha evidenziato una correlazione diretta tra la massa molare dei polimeri utilizzati e le prestazioni finali del superconduttore, un legame precedentemente non stabilito.
Questo progresso è il culmine di quasi un decennio di ricerca. Già nel 2016, il team di Cornell aveva dimostrato come i copolimeri a blocchi potessero auto-assemblarsi in strutture vantaggiose per la formazione di superconduttori. Nel 2021, era stato confermato che questi metodi basati su materiali morbidi potevano competere con le tecniche convenzionali. Il processo attuale segna un ulteriore salto qualitativo, introducendo un sistema 'one-pot' che elimina numerosi passaggi tipici della stampa 3D tradizionale di materiali porosi.
La nuova tecnica organizza i materiali superconduttori su tre livelli distinti: reticoli cristallini a livello atomico, reticoli mesostrutturati guidati dall'auto-assemblaggio dei copolimeri e reticoli macroscopici prodotti direttamente dalla stampa 3D. Il processo inizia con un inchiostro composto da copolimeri e nanoparticelle, che si auto-assembla durante la stampa. Trattamenti termici successivi trasformano il materiale in un superconduttore cristallino poroso con proprietà senza precedenti.
L'architettura porosa risultante offre un'area superficiale interna record per i superconduttori compositi, una caratteristica ideale per lo sviluppo di nuovi materiali quantistici. I ricercatori stanno attivamente testando altri composti, come il nitruro di titanio, con l'obiettivo di ottenere strutture tridimensionali difficilmente realizzabili con metodi convenzionali. Questo lavoro interdisciplinare, che ha coinvolto chimici, fisici e scienziati dei materiali, sottolinea l'importanza della collaborazione per superare i confini della ricerca.
Secondo Wiesner, la nuova metodologia potrebbe aprire la strada a una generazione di superconduttori con proprietà su misura, fabbricati in modo più semplice e scalabile rispetto al passato. Le applicazioni di questi superconduttori avanzati sono vaste, spaziando dalla generazione di energia ad alta efficienza alla trasmissione di energia senza perdite, fino a dispositivi elettrici più piccoli e leggeri, trasporti a levitazione magnetica ad alta velocità e campi magnetici ultra-potenti per sistemi di imaging a risonanza magnetica (MRI) e risonanza magnetica nucleare (NMR) ad alta risoluzione.