Kahdenlaisia varauksenkantajia suprajohteissa

TU Wienissä tutkittuja erilaisia kupraatteja

Korkean lämpötilan suprajohtavuuden ilmiötä on tutkittu monella tapaa jo vuosikymmeniä mutta uudet havainnot luovat uuden tavan ajatella suprajohtavuutta.

Wienin teknisessä yliopistossa tehdyt tutkimukset korostavat liikkumattomien varaustenkatajien erityistä roolia, niiden toimiessa ”liimana”, joka tekee suprajohtavuuden mahdolliseksi.

Korkean lämpötilan suprajohteiden etsiminen on erittäin vaikeaa, koska monet suprajohtavuuteen liittyvät kvanttivaikutukset eivät ole kunnolla ymmärrettyjä.

TU Wienin fysiikan professori Neven Barisic tekee kokeita kupraateilla ja kollegoineen he ovat nyt keksineet merkittävän joukon tuloksia ja uusia oivalluksia, jotka voisivat syvästi muuttaa ajatuksia näistä monimutkaisista materiaaleista ja korkean lämpötilan suprajohtavuudesta.

He ovat osoittaneet, että kupraateissa on pohjimmiltaan kahdenlaisia varaustenkantajia ja esittävät, että suprajohtavuus riippuu ratkaisevasti niiden välisestä hienosta vuorovaikutuksesta.

Osa sähkövarauksista on lokalisoituneita tiettyjen atomien joukkoon ja voi siirtyä pois vain jos materiaalia kuumennetaan. Toiset varauksenkantajat voivat liikkua, hyppäämällä atomista toiseen. Liikkuva varaus on se joka tulee lopulta suprajohtavaksi, mutta suprajohtavuus voidaan selittää vain ottamalla huomioon myös liikkumattomat varauksenkantajat.

”Liikkuvien ja liikkumattomien varauksenkantajien välillä on vuorovaikutus, joka ohjaa järjestelmän ominaisuuksia”, Barišić toteaa. "Ilmeisesti liikkumattomat varaukset toimivat liimana, sitoen liikkuvia varauskantajia toisiinsa, muodostaen Cooperin pareja, jotka ovat klassisten suprajohteiden perusajatus.”

Tämä tarkoittaa, että suprajohtavuuden saamiseksi on oltava liikkuvan ja liikkumattoman varauksenkantajien hienovarainen tasapaino. Jos paikallisia varauskantajia on liian vähän, niin ei ole tarpeeksi "liimaa", joka parittaa liikkuvia varauskantajia. Jos toisaalta on liian vähän liikkuvia varauskantajia, niin "liimalla" ei ole mitään mitä parittaa.

Kummassakin tapauksessa suprajohtavuus heikkenee tai pysähtyy tykkänään. Optimaalisella välitilanteella suprajohtavuus säilyy erittäin korkeissa lämpötiloissa. On haasteellista ymmärtää, että liikkuvien ja liikkumattomien varauksien välinen tasapaino muuttuu asteittain lämpötilan tai dopingin mukaan.

”Olemme tehneet monia erilaisia kokeita kupraateilla, keräten suuren määrän dataa. Lopulta voimme nyt ehdottaa kattavaa fenomenologista kuvaa suprajohtavuudesta kupraateissa”, toteaa Neven Barisic yliopistonsa tiedotteessa.

”Emme ole vielä lähellä suprajohteen täyttä ymmärrystä”, sanoo Neven Barisic. ”Mutta syvällinen ymmärrys korkean lämpötilan suprajohtavuudesta tekisi tietä sille. Ja uskon, että olemme nyt toteuttaneet useita tärkeitä askelia tähän suuntaan.”

Aiheesta aiemmin:

Spinkuvioita korkean lämpötilan suprajohteissa

Kupraattien suprajohtavuus askarruttaa

Suprajohteiden monet muodot