Viitteitä kupraattien suprajohtavuuden ilmiöistä

(29.10.2026) Uudet tutkimukset auttavat osoittamaan, miksi unelma korkean lämpötilan suprajohtavuudesta on ollut niin vaikea toteuttaa.

Yksi uusi löydös syntyi yhteistyöstä, johon osallistui teoreetikkoja Simons-säätiön Flatiron-instituutista New Yorkissa ja kokeilijoita Quebecin Institut national de la recherche scientifiquesta (INRS).

Tieteilijät tutkivat kupraattia, sen siirtyessä suprajohtavasta tilasta arvoitukselliseen naapuriolomuotoon, jota kutsutaan pseudogapiksi. Laserpulssien ja tietokonesimulaatioiden avulla he pystyivät ymmärtämään elektronien käyttäytymistä kupraatin sisällä.

Artikkelissaan tutkimusryhmä osoittaa, kuinka nämä kaksi tilaa – suprajohtavuus ja pseudoaukko – kamppailevat herruudesta. Löydös kyseenalaistaa ajatuksen, että kupraattien suprajohtavuus rakentuu pelkästään olemassa olevan pseudo-aukkofaasin päälle.

”Osoitamme todella, että nämä tilat kilpailevat keskenään”, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja Olivier Gingras Flatiron-instituutin laskennallisen kvanttifysiikan keskuksesta (CCQ). Jos tieteilijät keksisivät tavan estää pseudoraon muodostuminen mutta säilyttää suprajohtavuus, hän sanoo, ”on mahdollista nostaa suprajohtavuuden lämpötilaa”.

INRS:n Fabio Boschinin johdolla työskentelevä tohtoriopiskelija Dario Armanno johti kokeellisen datan hankintaa. Sen saatuaan Gingras ja muut CCQ:n tutkijat ottivat tehtäväkseen selvittää, mikä teoria selitti parhaiten kokeilijoiden havaintoja. Ainoa sopiva malli oli "kilpailevien tilojen" teoria. Tasapainossa saattoi olla läsnä vain yksi tila.

Toisaalla Bristolin yliopiston fyysikkojen johtama tutkimus on tunnistanut tärkeän mekanismin, joka selittää, miten kuparioksidista valmistettujen korkean lämpötilan suprajohteiden elektronit yhdistyvät siirtääkseen tehoa ilman energiahäviötä – äärettömän sähkönjohtavuuden "suprajohtavassa" tilassa.

Tutkimuksen toinen johtava kirjoittaja, fysiikan professori Nigel Hussey, toteaa: ”Korkeampien lämpötilojen suprajohtavuutta mahdollistavat prosessit ovat pysyneet mysteerin ja kiehtovuuden lähteenä. Magneettikenttälaboratoriossa tehtyjen mittausten ja sitä seuranneen huolellisen analyysin avulla olemme löytäneet savuavan aseen, joka ratkaisee osan yhtälöstä ja selittää, mikä aiheuttaa tämän hämmentävän tilan.”

Tutkimuksen johtaja, kokeellinen tutkija, Ranskan kansallisen tieteellisen tutkimuskeskuksen tohtori Caitlin Duffy selitti: "Käyttämällä joitakin analyyttisiä temppuja suurissa magneettikentissä saatuun dataan pystyimme tunnistamaan materiaalin hallitsevan resistanssin lähteen vaihtelevien spinien sirontana. Tämän vuorovaikutuksen voimakkuuden ja Tc:n välinen korrelaatio vahvisti, että materiaalin suprajohtavuuden alkuperä on todellakin johtavuuselektronien ja spinvaihteluiden välinen vuorovaikutus."

Vaikka tämä itsessään on merkittävä läpimurto, tutkijat ovat ratkaisseet vasta puolet suprajohtavuuden arvoituksesta, sillä suprajohtavuuden indusoimiseksi emoyhdisteessä kuparioksidissa on kaksi tapaa. Yksi on tuoda elektroneja, kuten tässä tapauksessa tehtiin korvaamalla lantaani ceriumilla; toinen on poistaa elektroneja eli tuoda järjestelmään aukkoja kemian avulla.

Vaikka olemme löytäneet ensimmäisen avainainesosan, tehtävänä on nyt löytää toinen. Vasta sitten teoreetikot voivat kehittää täydellisen tarinan korkean lämpötilan suprajohtavuudesta. Mielestäni kuka sitten onnistuu tässä tehtävässä, hän on varmasti vahva ehdokas tulevaan fysiikan Nobel-palkintoon.”

Aiheesta aiemmin:

Suprajohtavuutta viritellen

Suprajohdetutkijat löysivät epätavallisia elektronipareja