Igazolták egy nemrég megjósolt szupravezető állapot létezését
További Tech-Tudomány cikkek
Az ellenállás nélkül vezető anyagok legújabb generációja vékony, filmszerű eszköz, amelyen manipulálhatók az elektronpárok, és külső erővel ki-be kapcsolható a szupravezetés.
Egy kísérlet során a hollandiai Groningeni Egyetem és a kínai Harbin Intézet munkatársai igazolták egy olyan szupravezetés létezését, amit 2017-ben jósolt meg egy elmélet. A Nature hasábjain közölt eredmény a kvantumszámítógépekben kaphat szerepet. A felfedezés az úgynevezett FFLO szupravezetés egy különleges formája.
A szupravezetés az az állapot, amikor egy anyag ellenállás nélkül vezeti az elektromos áramot. Egy ilyen anyag veszteség nélkül továbbítaná a világ körül például egy szaharai naperőműben termelt áramot.
A jelenlegi szupravezetők csak nagyon alacsony hőmérsékleten rendelkeznek ezzel a tulajdonsággal, ezért alkalmazásuk nagyon körülményes. Ennek ellenére jelenleg is használják ezeket MRI-készülékekben, fúziós reaktorokban, mágneses vasútban, de Németországban föld alá épített távvezetékként is. Egy szoba-hőmérsékletű szupravezető ellenben forradalmasítaná a technikát, jelenleg ez a fizika egyik nagy kérdése.
A szupravezetést 1911-ben fedezte fel Heike Kammerlingh Onnes holland fizikus, a jelenség működését negyven évvel később magyarázta John Bardeen, Leon Cooper és John Robert Schrieffer, ezért 1972-ben átvehették a fizikai Nobel-díjat. Ők azt jósolták, hogy a jelenség az abszolút nullánál negyven fokkal magasabb hőmérséklet felett nem létezhet. 1986-ban azonban találtak egy olyan anyagot, amely –143 Celsius-fokon is szupravezető volt, és a tudósok azóta anyagok újabb és újabb generációjával kísérleteznek, amelyek folyamatosan felfelé tolják ezt a határt.
Építkezés a kvantumdimenzióban
Bár számukra a hőmérséklet a fő probléma, a dolog kulcsa az, hogy mi történik az anyagban kvantumléptékben. Annyi biztos, hogy szupravezetés során az anyag kiveti magából az elektromágneses mezőt, és a benne áramló elektronok úgynevezett Cooper-párokat alkotnak, amelyek azonos sebességgel, ellenkező irányba mozognak, ezért kinetikus energiájuk kioltja egymást.
A friss kutatást a Groningeni Egyetem komplex anyagokból épített eszközöket kutató csoportjának vezetője, Justin Ye professzor jegyezte. Ya csapata az élmezőnybe tartozik: 2015-ben írták le az úgynevezett Ising-szupravezetést. Ez egy olyan állapot, amiben a Cooper-párok a részecskéket összekötő mágneses mező révén védetté válnak a külső mágnesesség szupravezetést megzavaró hatása ellen. 2019-ben sikeresen megépítették azt a kétrétegű molibdén diszulfid filmet, amiben nemcsak létrejött ez a jelenség, de ki-be kapcsolható is volt, és a szupravezetés ellenállt 37 Tesla erejű külső mágneses mezőnek (az MRI berendezések ereje 1,5-től 7 Tesláig terjed).
Ye és kollégái ebből a különleges eszközből kiindulva vizsgáltak egy másik titokzatos szupravezető állapotot. Ennek létezését 1964-ben jósolta meg négy fizikus, Fulde, Ferrell, Larkin és Ovcsinnyikov. A nevük kezdőbetűiből képzett FFLO-fázis azt feltételezi, hogy az anyagban alacsony hőmérsékleten, erős elektromágneses mező hatására is létrejöhetnek az elektronpárok.
Ye és kollégái a különleges molibdén diszulfid rétegekkel végzett kísérletek során 2017-ben megfigyelték az FFLO egyes jeleit, és arra jutottak, hogy az Ising-kapcsolódással kiegészítve talán
kiterjeszthetők az FFLO hatásai.
A hollandiai kutatók fél évet töltöttek a kísérlet előkészítésével, és egy évet az eredmény elemzésével, de igazolódott, hogy a Ye vékony szupravezetőjében is bekövetkezett az FFLO egy fajtája, de gyengébb mágneses mezőben és magasabb hőmérsékleten.
A kutatók szerint további tanulmányozásra érdemes, hogy mi történik az elektronpárok kinetikus energiájának FFLO-ban keletkező aszimmetriájával, továbbá, mivel az említett jelenséggel ki-be kapcsolható a szupravezetés, megvizsgálják, hogyan építhető belőle tranzisztor.
Kövesse az Indexet Facebookon is!
Követem!
