Oamenii de știință au găsit un proces cheie necesar pentru supraconductivitate care apar la temperaturi mai ridicate decât se credea anterior. Ar putea fi un pas mic, dar semnificativ în căutarea unuia dintre „Sfântul Graal” al fizicii, un supraconductor care funcționează la temperatura camerei.
Descoperirea, făcută în interiorul materialului improbabil al unui izolator electric, dezvăluie împerecherea electronilor la temperaturi de până la minus 190 de grade Fahrenheit (minus 123 de grade Celsius) – unul dintre ingredientele secrete ale fluxului de electricitate aproape fără pierderi în supraconductori extrem de reci. materiale.
Până acum, fizicienii sunt nedumeriți de motivul pentru care se întâmplă acest lucru. Dar înțelegerea acesteia i-ar putea ajuta să găsească supraconductori la temperatura camerei. Cercetătorii și-au publicat concluziile pe 15 august în jurnal Ştiinţă.
„Perechile de electroni ne spun că sunt gata să fie supraconductoare, dar ceva îi oprește”, co-autor. Ke-Jun Xuun student absolvent în fizică aplicată la Universitatea Stanford, a spus într-o declarație. „Dacă putem găsi o nouă metodă de sincronizare a perechilor, am putea aplica asta pentru a construi eventual supraconductori cu temperatură mai ridicată”.
Supraconductivitatea iese din ondulațiile lăsate în urma electronilor pe măsură ce se deplasează printr-un material. La temperaturi suficient de scăzute, aceste ondulații atrag nucleele atomice unul spre celălalt, provocând, la rândul lor, o ușoară compensare a sarcinii care atrage un al doilea electron către primul.
În mod normal, două sarcini negative ar trebui să se respingă reciproc. Dar, în schimb, se întâmplă ceva ciudat: electronii devin legați împreună într-o „pereche Cooper”.
Înrudit: Supraconductori la temperatura camerei: faptele din spatele „Sfântului Graal” al fizicii
Perechile Cooper urmează diferit mecanică cuantică reguli decât cele ale electronilor singuri. În loc să se stivuească în exterior în cochilii de energie, ele acționează ca niște particule de lumină, dintre care un număr infinit poate ocupa același punct în spațiu în același timp. Dacă sunt create suficiente din aceste perechi Cooper într-un material, ele devin un superfluid, care curge fără nicio pierdere de energie din cauza rezistenței electrice.
Primii supraconductori, descoperiți de fizicianul olandez Heike Kamerlingh Onnes în 1911, au trecut în această stare de rezistivitate electrică zero la temperaturi inimaginabil de reci – aproape zero absolut (minus 459,67 F sau minus 273,15 C). Cu toate acestea, în 1986, fizicienii au descoperit un material pe bază de cupru, numit cuprat, care devine supraconductor la o temperatură mult mai caldă (dar încă foarte rece) minus 211 F (minus 135 C).
Fizicienii sperau că această descoperire îi va conduce la supraconductori la temperatura camerei. Cu toate acestea, informațiile despre ce determină cuprații să-și manifeste comportamentul neobișnuit au încetinit și, anul trecut, afirmațiile virale despre supraconductori viabile la temperatura camerei s-au încheiat în acuzații de falsificare a datelor şi dezamăgire.
Pentru a investiga în continuare, oamenii de știință din spatele noii cercetări s-au orientat către un cuprat cunoscut sub numele de oxid de cupru neodim ceriu. Temperatura maximă supraconductivă a acestui material este relativ scăzută la minus 414,67 F (minus 248 C), așa că oamenii de știință nu s-au obosit să-l studieze prea mult. Dar când cercetătorii studiului au aruncat lumină ultravioletă pe suprafața acesteia, au observat ceva ciudat.
De obicei, atunci când pachetele de lumină, sau fotoni, lovesc un cuprat care poartă electroni nepereche, fotonii dau electronilor suficientă energie pentru a fi ejectați din material, făcându-l să piardă multă energie. Dar electronii din perechile Cooper pot rezista evicțiunii fotonice, ceea ce face ca materialul să piardă doar puțină energie.
În ciuda faptului că starea sa de rezistență zero care apare doar la temperaturi foarte scăzute, cercetătorii au descoperit că decalajul de energie a persistat în noul material până la 150 K și că împerecherea a fost, în mod bizar, cea mai puternică din cele mai multe probe pentru a rezista cel mai bine fluxului de electricitate. actual.
Aceasta înseamnă că, deși cupratul este puțin probabil să atingă supraconductibilitatea la temperatura camerei, ar putea conține câteva indicii în găsirea unui material care poate.
„Descoperirile noastre deschid o nouă cale potențial bogată. Intenționăm să studiem acest decalaj de împerechere în viitor pentru a ajuta la proiectarea supraconductoarelor folosind noi metode”, autor principal. Zhi-Xun Shenun profesor de fizică la Stanford, a spus în declarație. „Pe de o parte, intenționăm să folosim abordări experimentale similare pentru a obține mai multe informații asupra acestei stări de împerechere incoerente. Pe de altă parte, dorim să găsim modalități de a manipula aceste materiale pentru a constrânge, probabil, aceste perechi incoerente în sincronizare”.