Uusia näkemyksiä suprajohtavuuden tutkimuksiin

Maailman energiatarpeen tyydyttäminen vaatii, että on yhä tärkeämpää luoda suprajohteita, jotka voivat toimia ympäristön paineessa ja lämpötilassa.

Suprajohtavuuden edistyminen riippuu kvanttimateriaalien kehityksestä. Kun kvanttimateriaalien sisällä olevat elektronit käyvät läpi faasimuutoksen, elektronit voivat muodostaa monimutkaisia kuvioita, kuten fraktaaleja.

Fraktaali on loputon kuvio, joita voi muodostua kahdessa ulottuvuudessa, kuten huurre ikkunassa tai kolmiulotteisessa tilassa kuten puun oksat.

Purduen yliopiston teoreettinen fyysikko Erica Carlson johti ryhmää, joka kehitti teoreettisia tekniikoita fraktaalimuotoja muodostavien elektronien karakterisoimiseksi, jotta löydettäisiin kuvioita ohjaava fysiikka.

Carlson on arvioinut korkearesoluutioisia kuvia elektronien sijainneista suprajohteessa Bi2-xPbzSr2-yLayCuO6+x (BSCO) ja todennut, että nämä kuvat ovat todellakin fraktaaleja ja havainnut, että ne ulottuvat koko materiaalin miehittämään kolmiulotteiseen tilaan, kuten puun täyttäessä tilaa.

Se, mitä aikoinaan pidettiin satunnaisina dispersioina fraktaalikuvien sisällä, on tarkoituksenmukaista ja järkyttävää kyllä, ei johdu taustalla olevasta kvanttifaasimuutoksesta, kuten odotettiin, vaan häiriöiden tuottamista faasimuutoksesta, toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.

Kun Carlsonin ryhmä analysoi päätelmiään ja mallejaan he löysivät yllättävän tuloksen. Nämä kuviot eivät muodostu vain pinnalle kuten litteäkerroksinen fraktaalikäyttäytyminen, vaan ne täyttävät tilan kolmessa ulottuvuudessa.

"Tämä vie meidät askeleen lähemmäksi kupraattisuprajohteiden toiminnan ymmärtämistä", Carlson selittää.

"Näiden klusteritekniikoiden avulla olemme tunnistaneet elektronisia fraktaaleja myös muista kvanttimateriaaleista, kuten vanadiinidioksidista (VO2) ja neodyyminikkelaateista (NdNiO3). Epäilemme, että tämä käyttäytyminen saattaa itse asiassa olla melko yleistä kvanttimateriaaleissa", toteaa Carlson.

Kiinalaisen Jilinin yliopiston ja venäläisen Skoltechin tutkijat ovat puolestaan syntetisoineet lantaani-seriumpolyhydridin, materiaalin, joka lupaa helpottaa lähes huoneenlämpötilaisen suprajohtavuuden tutkimuksia.

"Polyhydridit ovat Eldorado paineen alaisen suprajohteiden perustutkimukselle", professori Artem R. Oganov sanoo. "

Uusi yhdistelmä tarjoaa kompromissin lantaanin ja ceriumin polyhydridien välillä sen suhteen, kuinka paljon jäähdytystä ja painetta materiaali vaatii. Tämä mahdollistaa helpommat kokeet, jotka saattavat jonakin päivänä johdattaa tutkijat yhdisteisiin, jotka johtavat sähköä ilman vastusta ympäristöolosuhteissa.

Aiheesta aiemmin:

Magnetismi ja korkean lämpötilan suprajohteet