Ny studie: Elektronpar upptäckta 'låsta' i supraledare kan öka temperatur för supraledning

StockholmForskare har länge varit intresserade av supraledare eftersom de tillåter elektricitet att flöda utan att förlora energi. Denna egenskap möjliggör också vissa teknologier, som vissa typer av höghastighetståg. Vanligtvis fungerar dock supraledare endast vid mycket låga temperaturer. När de blir varmare, slutar de att fungera som supraledare och övergår till vanliga ledare eller isolatorer. Nyligen har en studie för första gången observerat en viktig egenskap hos supraledare—elektronparbildning—vid högre temperaturer i ett material som kallas kuprat, vilket är en typ av ovanligt supraledande material.

Viktiga punkter från studien:

• Elektronparning observerades vid temperaturer upp till 150 Kelvin.
• Elektronpar upptäcktes i en antiferromagnetisk isolator, vilket var oväntat.
• Parningen var starkast i de mest isolerande proverna av kupratet.

Forskare från SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University och andra institutioner studerade elektronparbildning, vilket är avgörande för supraledning. För att supraledning ska uppstå med noll elektriskt motstånd måste elektronpar röra sig i synk. I denna studie var elektronparen inte synkroniserade, så materialet uppvisade inte noll motstånd, men det visade på en möjlighet att skapa supraledare vid högre temperaturer.

Läs också:

Idag · 12:21

Kobes hemliga vattenkopplingar: Arima, jordbävningar och prognoser

I mer än 100 år har forskare känt till att i vanliga supraledare bildar elektroner par på grund av vibrationer i materialets struktur. Dessa material kräver mycket låga temperaturer, nästan vid absoluta nollpunkten, för att fungera. Å andra sidan fungerar material som kuprater, vilka är okonventionella supraledare, vid högre temperaturer, upp till 130 Kelvin. Vetenskapsmän har varit osäkra på vad som orsakar elektronparbildning i dessa material, men nyligen upptäckta rön antyder att förändringar i elektroners spinn kan vara nyckeln.

Forskare använde ultraviolett ljus för att studera de atomära detaljerna i en kuprat. De upptäckte en "energiklyfta" som visade elektronpar som varade upp till 150 Kelvin, långt över de 25 Kelvin där materialet blir en supraledare. Överraskande nog påträffades den starkaste parbildningen i de prover som var de bästa isolatorerna.

Resultaten av denna studie tyder på att framtida forskning kan fokusera på att ändra de förhållanden som får elektronpar att röra sig tillsammans, vilket skulle kunna leda till supraledare som fungerar vid högre temperaturer. Denna forskning erbjuder nya sätt att studera dessa elektronpar och kan eventuellt få dem att samarbeta, vilket tar oss ett steg närmare supraledare som fungerar vid rumstemperatur. Detta skulle kunna ha stor inverkan på modern teknik, inklusive mer energieffektiva elnät och avancerade kvantdatorer.