O caracteristică a supraconductorilor a fost recent observată la temperaturi mult mai ridicate decât anticipau oamenii de știință, deschizând noi perspective asupra acestui fenomen complex.
Fizicienii au descoperit că electronii se împerechează în mod similar cu ceea ce se observă în materialele supraconductibile, însă într-un material neașteptat și la temperaturi mult mai ridicate decât cele în care supraconductibilitatea a fost observată până acum.
Supraconductibilitatea reprezintă un fenomen în care electronii se deplasează printr-un material fără a întâmpina rezistență, ceea ce înseamnă că energia nu se pierde sub formă de căldură. Acest fenomen a fost studiat în numeroase materiale, dar există o limitare majoră: se manifestă doar la temperaturi extrem de scăzute, apropiate de zero absolut (-273,15 grade Celsius) sau la temperaturi puțin mai ridicate, dar sub presiuni extreme.[sursa]
O caracteristică a supraconductorilor despre care se spunea că nu poate fi posibilă
În materialul recent testat, deși electronii nu au atins starea de curgere fără rezistență, formarea perechilor lor este un pas esențial în direcția supraconductibilității. Această descoperire sugerează că ar putea fi posibilă obținerea supraconductibilității la temperaturi mai ridicate, fără a fi necesare echipamente complexe.
„Perechile de electroni indică faptul că sunt pregătiți să devină supraconductori, însă există ceva care le împiedică. Dacă putem găsi o modalitate de a sincroniza aceste perechi, am putea, în cele din urmă, construi supraconductori care să funcționeze la temperaturi mai ridicate.”, explică fizicianul Ke-Jun Xu de la Universitatea Stanford.[sursa]
Materialul studiat este un cristal stratificat pe bază de cupru, numit oxid de neodim, ceriu și cupru (Nd2-xCexCuO4). La temperaturi scăzute, acest material devine supraconductibil, dar la temperaturi mai ridicate, rezistența sa electrică crește semnificativ.
Pentru ca supraconductibilitatea să apară, electronii trebuie să se coreleze cu identitatea lor cuantică, formând așa-numitele perechi Cooper. Numai atunci aceștia se pot deplasa liber prin rețeaua atomică a materialului, fără a întâmpina rezistență.
În supraconductorii convenționali, care prezintă acest fenomen la temperaturi sub aproximativ 25 Kelvin (-248 grade Celsius), electronii se împerechează prin intermediul vibrațiilor atomilor din materialul respectiv. Cu toate acestea, cupratele, care sunt supraconductori neconvenționali, manifestă supraconductibilitate la temperaturi de până la 130 Kelvin. Oamenii de știință suspectează că există un alt mecanism responsabil pentru împerecherea electronilor în aceste materiale, dar acest proces nu este încă complet înțeles.
Oxidul de neodim, ceriu și cupru studiat de echipa lui Xu prezintă comportamente similare cu cele ale supraconductorilor convenționali, deoarece nu manifestă supraconductibilitate peste 25 Kelvin. Acest lucru le permite cercetătorilor să analizeze fazele supraconductibilității în detaliu. Pe măsură ce electronii încep să se coreleze, pierderile de energie ale materialului scad pe măsură ce temperatura crește, fenomen cunoscut sub numele de „diferența de împerechere”.
Echipa a descoperit că materialul lor reține această energie până la temperaturi de 140 Kelvin (-133 grade Celsius), mult peste temperatura critică de tranziție de 25 Kelvin. Aceasta sugerează că electronii formează perechi Cooper chiar și la temperaturi relativ ridicate.
Totuși, mecanismul exact care determină formarea acestor perechi rămâne un mister. Materialul studiat poate să nu fie cel care va conduce la supraconductibilitatea la temperatura camerei, dar ar putea oferi indicii valoroase pentru identificarea materialelor potrivite în viitor.
Supraconductibilitatea la temperatura camerei reprezintă un obiectiv major al fizicii moderne. Imaginează-ți eficiența energetică de 100% – am putea miniaturiza circuitele pentru a transporta electronii, ambalând mai multă energie într-un spațiu mai mic, ceea ce ar deschide drumul către tehnologii mai rapide și mai ieftine.
Totuși, rezolvarea acestui mister a fost extrem de dificilă. De-a lungul timpului, au existat câteva revendicări promițătoare, cum ar fi faimosul LK-99, dar acestea nu au adus rezultatele așteptate.
Progresul în acest domeniu va fi probabil unul incremental – observarea treptată a unor caracteristici ale supraconductibilității la temperaturi mai ridicate și descoperirea mecanismelor din spatele acestui fenomen, pas cu pas.
„Descoperirile noastre deschid o cale promițătoare. Intenționăm să continuăm să studiem acest decalaj de împerechere, pentru a ne ajuta să proiectăm noi supraconductori. Vom folosi abordări experimentale similare pentru a explora în continuare această stare de împerechere incoerentă și vom încerca să găsim modalități de a manipula aceste materiale pentru a forța perechile incoerente să se sincronizeze.”, a spus fizicianul Zhi-Xun Shen de la Universitatea Stanford.
Abonaţi-vă la newsletter folosind butonul de mai jos, pentru a primi - periodic şi gratuit - o notificare pe adresa de email atunci când publicăm articole interesante:
