Nowe badania: pary elektronów „zablokowane” w nadprzewodniku kupratowym mogą zwiększyć temperaturę nadprzewodnictwa

WarsawOd dawna naukowcy interesują się nadprzewodnikami, ponieważ pozwalają one na przepływ prądu elektrycznego bez strat energii. Ta właściwość umożliwia także zastosowanie w niektórych technologiach, takich jak na przykład określone rodzaje szybkich pociągów. Zazwyczaj jednak nadprzewodniki działają tylko w bardzo niskich temperaturach. Gdy stają się cieplejsze, przestają pełnić rolę nadprzewodników i zamieniają się w zwykłe przewodniki lub izolatory. Niedawno badanie po raz pierwszy zaobserwowało kluczową cechę nadprzewodników — parowanie elektronów — w wyższych temperaturach w materiale zwanym kuprat, który jest rodzajem nietypowego materiału nadprzewodzącego.

Kluczowe wnioski z badania:

• Zaobserwowano parowanie elektronów w temperaturach sięgających do 150 K.
• Parowanie elektronów miało miejsce w antyferromagnetycznym izolatorze, co było nieoczekiwane.
• Najsilniejsze parowanie zauważono w najbardziej izolujących próbkach kupratu.

Badacze z SLAC National Accelerator Laboratory, Uniwersytetu Stanforda i innych instytucji badali parowanie elektronów, kluczowy element nadprzewodnictwa. Aby nadprzewodnictwo mogło wystąpić bez oporu elektrycznego, pary elektronów muszą poruszać się synchronicznie. W tym badaniu pary elektronów nie były zsynchronizowane, więc materiał nie wykazywał zerowego oporu, ale sugerował możliwość stworzenia nadprzewodników działających w wyższych temperaturach.

Zobacz również:

Dzisiaj · 12:21

Tajemnice Arima Hot Springs: woda zwiastująca trzęsienia ziemi

Od ponad 100 lat wiadomo, że w zwykłych nadprzewodnikach elektrony tworzą pary dzięki drganiom w strukturze materiału. Tego typu materiały wymagają niezwykle niskich temperatur, prawie zera absolutnego, aby działać. Natomiast materiały takie jak kupraty, które są nietypowymi nadprzewodnikami, funkcjonują w wyższych temperaturach, dochodzących do 130 Kelwinów. Naukowcy byli niepewni, co powoduje parowanie elektronów w tych materiałach, ale niedawne odkrycia sugerują, że zmiany w spinach elektronów mogą być kluczem.

Badacze wykorzystali światło ultrafioletowe do analizy atomowych szczegółów kupratu. Odkryli „przerwę energetyczną”, wskazującą pary elektronów, które utrzymywały się do 150 kelwinów, co jest znacznie powyżej 25 kelwinów, temperatury, w której materiał staje się nadprzewodnikiem. Ku ich zaskoczeniu, najsilniejsze parowanie zaobserwowano w próbkach będących najlepszymi izolatorami.

Wyniki tego badania sugerują, że przyszłe badania mogą skupić się na zmianie warunków, które powodują, że pary elektronów poruszają się razem, co mogłoby doprowadzić do powstania nadprzewodników działających w wyższych temperaturach. Te badania otwierają nowe możliwości analizy par elektronów i potencjalnego zintegrowania ich działania, przybliżając nas do nadprzewodników działających w temperaturze pokojowej. To mogłoby mieć ogromny wpływ na współczesną technologię, w tym bardziej energooszczędne sieci energetyczne i zaawansowane komputery kwantowe.