Suprajohtavan lämpötilan ennätys tavallisessa paineessa

Houstonin yliopiston ja Argonnen kansallisen laboratorion tutkijat ovat puolestaan nostaneet suprajohteen lämpötilaa 30 asteella, -83 celsiusasteeseen. Se onnistui elohopeasta, bariumista, kalsiumista ja kuparista valmistetulla oksidilla, joka tunnetaan kupraattisuprajohteena.

Aiemmassa työssä, jossa käytettiin Argonnen Advanced Photon Source (APS) -laitteistoa, tutkijat raportoivat erilaisesta materiaalista, joka muuttuu suprajohtavaksi lähellä huoneenlämpöä olevissa lämpötiloissa. Haittapuolena oli, että se toimi vain niin korkeissa paineissa, että materiaali on epäkäytännöllinen erikoistuneiden laboratorioiden ulkopuolella.

Nyt he puristivat näytteensä lähes 30 gigapascalin paineeseen ja sitten vapauttivat paineen nopeasti jolloin materiaalin suprajohtavat ominaisuudet säilyivät.

"Tämä on merkittävä askel kohti käytännöllisiä suprajohteita, jotka toimivat huoneenlämmössä ja paineessa", sanoi Argonnen fyysikko Hua Zhou.” Ja koska tämä materiaali on edelleen suprajohtavaa normaalipaineessa, tiedemiehet voivat tutkia sitä laajalti saatavilla olevilla laitteilla ja alkaa kehittää teknologioita, jotka toimivat arkiolosuhteissa.”

Mutta ennätyksen rikkominen on vain osa tarinaa. Myös sen syiden ymmärtäminen on tärkeää. Tässä APS:llä oli ratkaiseva rooli.

Kuten Argonnen APS- ryhmän johtaja Maddury Somayazulu selitti, tällaisen korkean paineen käyttäminen muuttaa materiaalin atomien välisiä etäisyyksiä pakottaen ne tehokkaasti uuteen järjestykseen. Tämä prosessi varastoi energiaa järjestelmään. Jos paine vapautetaan hitaasti, atomeilla on aikaa rentoutua ja palata normaaliin rakenteeseensa. Mutta kun paine poistetaan hyvin nopeasti, materiaali voi jäädä tilapäiseen tilaan, joka tunnetaan metastabiilina. Tässä tilassa rakenne ei relaksoidu kokonaan, vaan muodostaa sen sijaan monia pieniä vikoja.

Nämä atomien järjestäytyneen rakenteen puutteet näyttävät vakauttavan suprajohtavaa tilaa. Tämän seurauksena kupraattinäyte voi suprajohtaa korkeammissa lämpötiloissa ilman jatkuvaa painetta.

" Se oli keskeinen oivallus sen ymmärtämisessä, miten paineenalennusprosessi vakauttaa suprajohtavan tilan", Zhou sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Suprajohdetutkijat löysivät epätavallisia elektronipareja

Uusia vihjeitä suprajohtavuudesta