Suprajohtavuuden salaisuus selvinnyt

Cambridgen yliopistossa tehty läpimurto selvittää vihdoin korkean lämpötilan suprajohtavuuden alkuperän. Kyseinen ilmiö on pitänyt tutkijoita ymmällään viimeiset kolme vuosikymmentä.

Suprajohteet kuljettavat sähkövirtaa häviöttömästi ja niitä voitaisiin käyttää yhä laajemmin jos löydettäisiin korkeammissa lämpötiloissa toimivia yhdisteitä.

Mutta kun ei ole tiedetty mistä korkeiden lämpötilojen suprajohteiden ominaisuudet ovat peräisin on uusien materiaalien kartoittaminen ollut melko sattumanvaraista.

Vaikka tutkijat ovat tunnistaneet ainesosia, jotka tekevät hyviä alhaisten lämpötilojen suprajohteita, korkean lämpötilan suprajohteet eivät ole paljastaneet salaisuuksiaan.

Suprajohteissa varauksenkuljettajat eli elektronit ovat tiukasti sidottuja pareja jotka liikkuvat törmäilemättä suprajohderakenteen läpi niin kauan kuin lämpötila on riittävän alhainen.

Avain tavanomaiseen suprajohteeseen ovat elektronien vuorovaikutus materiaalin hilarakenteen kanssa. Vuorovaikutukset tuottavat tietyn tyyppisen sidoksen joka pitää elektronit yhdessä. Sidoksen lujuus liittyy suoraan suprajohteen vahvuuteen ja kun suprajohde altistuu lämpötilan nousulle tai voimakkaalle magneettikentälle, sidos heikkenee, elektroniparit hajoavat ja suprajohtavuus menetetään.

"Kun elektronit ovat jo pareina, on vaikea tietää, mikä niistä teki parin. Mutta jos voimme murtaa parin erilleen, niin voimme nähdä, mitä elektronit tekevät ja toivottavasti ymmärtää mistä suprajohtavuus tuli." toteaa tutkimusraportin johtava kirjoittaja tohtori Suchitra Sebastian kommentoidessaan tavallaan taaksepäin kurkottanutta tutkimusmenetelmää.

Aiemmin suprajohtavuuden alkuperää on yritetty selvittää erottamalla pari lämpötilan avulla mutta se ei ole johtanut ratkaiseviin tuloksiin. Nyt tutkijat käyttivät erittäin voimakkaita magneettikenttiä, jolloin he pystyivät tuhoamaan suprajohtavan vaikutuksen kupraateissa.

Koska kupraatit ovat hyviä suprajohteita, tarvittiin maailman vahvin magneettikenttä - 100 Teslaa, eli noin miljoona kertaa voimakkaampi kuin Maan magneettikenttä - jolla tukahduttaa niiden suprajohtavia ominaisuuksia.

Nämä kokeet ratkaisivat mysteerin joka ympäröi pariutuvien elektronitaskujen alkuperää. Aiemmin oletettiin yleisesti, että elektronitaskut sijaitsivat vahvimman suprajohtavuuden alueella.

Kokeet magneettikentillä paljastivat erikoisen aaltoilevan kierteisen taskugeometrian. Kokeen tulokset paikoittivat taskut sinne missä suprajohtavuus on heikoin ja niiden alkuperä ovat elektronien laineet, jotka tunnetaan varaustiheysaaltoina tai varausjärjestyksenä.

"Löytämällä muita materiaaleja, joilla on vastaavanlaisia ​​ominaisuuksia, toivottavasti auttaa meitä löytämään uusia entistä korkeampien lämpötilojen, ehkä jopa huoneenlämmön suprajohteita, avaisi tien suurelle joukolle erilaisia sovelluksia", toteaa tohtori Sebastian yliopistonsa tiedotteessa.