Suprajohtavuus paljastaa salojaan

Tutkijat ovat jo pitkään yrittäneet ymmärtää korkean lämpötilan suprajohtavuuden monimutkaisuutta.

Jo aiemmin aiheessa on havaittu mysteerinen vaihe, joka syntyy kun varauksenkuljettajien lisäys ilmenee kilpailuna suprajohtamisen kanssa. Mysteeri on myös miksi tässä näennäisen energiaraon vaiheessa suprajohtavien elektronien liikkuminen näyttää rajoittuneen tiettyihin suuntiin.

Nyt Brookhaven National Laboratoryn (BNL) ja Cornellin yliopiston tutkijat ovat tuoneet ilmi elektronien yksityiskohtaisia ominaisuuksia kupraatti-materiaaleissa kun se muuttuu eristeen kautta salaperäiseen näennäisraon vaiheeseen ja lopulta täydeksi suprajohteeksi.

Tulokset yhdistävät kaksi erillistä ominaisuuksien muutosta materiaalin elektroneissa. Havainto vahvistaa ajatusta että tilanne, joka ilmenee ”raitoina" tai "tiheys aaltoina", rajoittaa elektronien virtaa ja siten heikentää suprajohtavuutta näennäisraon tilassa.

Mittaustulokset osoittavat tukijoiden mukaan miksi tässä tilassa elektronit ovat vähemmän vapaita liikkumaan. Tämä tieto puolestaan auttaa tutkijoita muokkaamaan tapoja saada suprajohtava virtaus aikaan entistä suotuisammissa olosuhteissa.

Normaalisti, jopa superkylmissä lämpötiloissa, kuparioksidit ovat hyviä eristeitä. Saadakseen ne suprajohteeksi, tutkijat seostivat niihin lisää aukkoja varauksenkuljettajiksi.

Alhaisella varauskuljettajien tiheyksillä esiintyi raitarakenteita sekä suprajohtavien elektronien virtauksia, jotka ovat rajoittuneet vain tiettyihin suuntiin. Varauksenkantajien lisäys aiheutti kuvion katoamisen ja elektronit alkoivat virrata vapaasti kaikkiin suuntiin, tarkasti aina samalla tasolla seostusta - lähellä pistettä johon vahvin suprajohtavuus asettuu.

Käytännössä elektronien vapauttaminen kuparioksidissa ja saada siihen suprajohtava virrankulku ei ole kovin helppoa mutta tutkimustulos tarjoaa johtolankoja.

"Se mitä tämä löytö tarkoittaa on, että jos estetään staattinen raitojen esiintyminen, saatetaan päätyä materiaaliin, joka voisi toimia suprajohteena pienemmällä seostustiheydellä ja paljon korkeammassa lämpötilassa," toteaa fyysikko Séamus Davis BNL:n tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Varaustiheysaallot tuhoava suprajohtavuuden