Elettroni e fononi nel diboruro di magnesio

A fine 2000 un gruppo giapponese [J. Nagamatsu, N. Nakagawa, T. Muranaka, Y. Zenitani, J. Akimitsu, Nature 410, 63 (2001)] ha scoperto che un composto di uso comune (si vendeva in barattoli in farmacia), il diboruro di magnesio, presentava una transizione superconduttiva a T=40K, una temperatura certamente bassa, ma molto piú alta di quella di tutti i superconduttori convenzionali fino a quel momento noti. Nel giro di pochi mesi numerosi gruppi teorici, calcolando "da primi principi" le bande di energia degli elettroni e la dispersione dei fononi in questo materiale semplice, la cui struttura cristallina è simile a quella di fogli di grafite (fatti però di atomi di boro anziché di carbonio) intercalati da atomi di magnesio, hanno identificato la natura dell'interazione elettrone-fonone all'origine della transizione superconduttiva: si tratta di un fonone ottico, a q=0 e dintorni, e delle bande elettroniche sigma che tagliano l'energia di Fermi. Trovate qui uno dei primi calcoli per gli elettroni (bande, Pickett 2001), la corrispondente superficie di Fermi (Kortus et al. 2001) che come vedete è molto diversa da una sfera, ed è composta da diversi fogli provenienti da diverse bande) e i fononi (Andersen et al. 2001), nei quali ho evidenziato in rosso i fononi e le bande rilevanti per la transizione superconduttiva. Il modo in cui gli atomi vibrano in nei due modi ottici rilevanti a q=0 (che lí sono degeneri, cioè con la stessa frequenza ed energia) sono mostrati anche in queste due animazioni (1, 2). Per quel che finora sapete queste immagini servono soprattutto a capire quale aspetto abbiano le bande di energia degli elettroni, la superficie di Fermi e i fononi in un solido reale (sapete riconoscere qualsi sono quelli acustici nella figura in cui sono mostrate le curve di dispersione?), e anche a rendervi conto che, una volta capito questo, siete in grado già di avvicinarvi a una delle frontiere della ricerca contemporanea in fisica dei solidi. Se v'interessa approfondire potete guardarvi il seminario fatto da me su questo argomento all'Institute for Theoretical Physics a Santa Barbara, California, nell'agosto 2002, dove troverete altre spiegazioni e soprattutto riferimenti utili.