Superprovodljivost na visokim temperaturama

MASAČUSETS, Fizičari na Tehnološkom institutu u Masačusetsu ostvarili su napredak u razumijevanju zagonentne prirode superprovodljivosti materijala na visokim temperaturama, materijala koji provode elektricitet bez otpora na temperaturama koje su znatno iznad apsolutne nule.

Ako bi superprovodnici mogli biti napravljeni da rade na sobnim termperaturama, mogli bi potencijalno imati neograničene primjene.

Ali najprije naučnici treba da nauče mnogo više o tome kako ti materijali funkcionišu.

Koristeći jedan novi metod, tim sa Instituta je došao do iznenađujućeg otkrića koje bi moglo preokrenuti teorije o stanju superprovljodivih materijala u trenutku pred početak superprovodljivosti.

Razumijevanje superprovodnika na visokim temperaturama jedan je od najvećih izazova u fizici danas, kaže Erik Hadson, asistent profesora fizike na ovom institutu i koautor teksta.

Najveći broj superprovodljivih materijala ima superprovodljivost na temperaturama blizu apsolutne nule, ali prije oko 20 godina otkriveno je da neki keramički materijali mogu imati tu sposobnost na višim temperaturama, ali još uvijek ispod -137 stepeni Celzijusa.

Takvi superprovodnici na visokim temperaturama danas se počinju primjenjivati u mnogim aplikacijama, uključujući bazne stanice za mobilne telefone i demostracioni voz koji lebdi na magnetima. Potencijalne aplikacije mogu biti znatno šire.

Superprovodnici su superiorni u odnosu na obične metalne provodnike kao što je bakar, jer struja ne gubi energiju u beskorisno zagrijavanje pri prolasku kroz njih, omogućavajući tako veću gustoću struje.

Kad se jednom struja pokrene u zatvorenoj petlji superprovodljivog materijala, ona onda ide zauvijek.

U ovoj studiji istraživači su posmatrali stanje materije koje je prisutno u superprovodniku upravo malo iznad temperature kad počinje superprovodljivost.

Kad je materijal u superprovodljivom stanju, svi elektroni su na istom energetskom nivou. Opseg okolnih, nedostupnih elektronskih energetskih nivoa naziva se superprovodnički procjep. To je kritična komponenta superprovodljivosti, jer sprečava da se elektroni rasprše eliminišući tako otpornost i omogućavajući neometan protok struje.

Upravo iznad temperature tranzicije, kad materijal počinje superprovodljivost, postoji stanje nazvano pseudo-procjep. Ovo stanje materije uopšte nije dobro shvaćeno, kaže Hadson.

Istraživači su odlučili da proučavaju prirodu stanja pseudo-procjepa proučavanjem osobina elektronskih stanja za koje se vjeruje da su definisana karakteristikama superprovodnika: stanja okolnih nečistoća u materijalu.

Već je pokazano da prirodne nečistoće u superprovodljivom materijalu, kao nedostajući ili zamijenjeni atom, dopuštaju elektronima da dostignu energetske nivoe koji su normalni u superprovodnom procjepu, tako da mogu da se rasprše.

Ovo se može posmatrati upotrebom skenirajuće mikroskopije tunelisanja /STM/.

Nova studija pokazuje da se raspršenje od nečistoća dešava kad je materijal u stanju pseudo-procjepa kao i superprovodljivom stanju.

Ovaj metod poređenja stanja pseudo-procjepa i stanja superprovodivosti koji koristi STM mogao bi fizičarima pomoći da razumiju zašto su izvjesni materijali sposobni za superprovodljivost na takvim relativno visokim temperaturama, kaže Hadson.