Vinkkejä suprajohtavuuden perusteista

Uusi löytö voisi auttaa tutkijoita ymmärtämään "outoja metalleja", materiaaliluokkaa, joka liittyy korkean lämpötilan suprajohtimiin.

Suurempi kuva

Brownin yliopiston fyysikoiden johtama tutkimusryhmä on lisännyt uuden löydön outojen metallien sekoitukseen. Tutkimuksessa löydettiin oudon metallin käyttäytymistä materiaalissa, jossa sähköinen varaus kuljetetaan ei elektroneilla vaan enemmän ”aaltomaisilla” yhteisöillä, joita kutsutaan Cooperin pareiksi.

Elektronit kuuluvat fermionien hiukkasluokkaan mutta Cooper-parit toimivat bosoneina, jotka noudattavat hyvin erilaisia sääntöjä kuin fermionit. Tämä on ensimmäinen kerta, kun outoa metallikäyttäytymistä on havaittu bosonisessa järjestelmässä ja tutkijat toivovat, että löydöstä voisi olla apua etsittäessä selitystä omituisten metallien toiminnalle – asia, joka on härnännyt tutkijoilta vuosikymmeniä.

"Meillä on nyt nämä pohjimmiltaan kaksi erilaista hiukkastyyppiä, joiden käyttäytyminen tässä lähentelee mysteeriä", sanoo Brownin fysiikan professori Jim Valles.

"Ymmärtääkseen, mitä näissä oudoissa metalleissa tapahtuu, ihmiset ovat soveltaneet matemaattisia lähestymistapoja, jotka ovat samanlaisia kuin mustien aukkojen ymmärtämiseen käytetään", Valles sanoo. "Joten näissä materiaaleissa tapahtuu hyvin perustavanlaatuista fysiikkaa."

Tutkijat sanovat, että tämä uusi löytö antaa teoreetikoille jotain uutta pureskeltavaa, kun he yrittävät ymmärtää outojen metallien käyttäytymistä.

Lopulta teorialla oudoista metalleista voi olla valtavia seurauksia. Outo metallikäyttäytyminen voi olla avain ymmärtämään korkean lämpötilan suprajohtavuutta.

Myös grafeeniarkeista valmistettu viritettävä alusta voi auttaa tutkijoita selvittämään, kuinka luoda vankka kvanttikondensaatti, joka voi virrata energiaa menettämättä. Kun hiukkaset muodostavat pareja, joita kutsutaan kvanttikondensaateiksi, se johtaa suprajohtavuuteen.

Columbian yliopiston tutkijat ovat kehittäneet viritettävän grafeenialustan, jossa käytetään vastakkaisia varauksia - elektroneja ja aukkoja - muodostamaan kvanttihiukkaspareja vahvojen magneettikenttien alla.

Tämän parin vahvuutta voidaan muunnella, mikä antaa tutkijoille mahdollisuuden testata teoreettisia ennusteita kvanttikondensaattien alkuperästä ja siitä, kuinka ne voivat lisätä suprajohtavuuden lämpötilarajoja.

"Tämän rakenteellisesti viritettävän alustan vuoksi voimme testata teoreettisia ennusteita tavoilla, joita ei ole aiemmin ollut saatavilla", hän toteaa Cory Dean.

"Jos tällaiset elektroni-aukkoparin kondensaatit - joita kutsutaan myös eksitonikondensaateiksi - voidaan stabiloida korkeissa lämpötiloissa ja ilman magneettikenttää, tämä voi johtaa käytännön hyötyyn", sanoi Harvardin fyysikko Bert Halperin.

"Tämän grafeenialustan avulla varmistamme, että taustalla oleva konsepti on ehdottoman hyvä", sanoi Dean. ”Se ei ole enää fantasiaa; se on todellisuutta. Nyt siitä tulee tietyssä mielessä insinöörihaaste."

Aiheesta aiemmin:

Kaksiulotteista suprajohtavuutta kolmiulotteisessa suprajohteessa

Magnetismi kohtaa topologian suprajohtimen pinnalla

Suprajohtavuutta ja topologiaa