Megfejtették a szupravezetés egyik nagy rejtélyét

A szupravezetők olyan anyagok, amelyek bizonyos körülmények közt teljesen elveszítik elektromos ellenállásukat. Ez többnyire nagyon alacsony hőmérsékleten történik meg, akad azonban egy csoportjuk, amely viszonylag magas hőfokon is képes erre.

Megfejtették a szupravezetés egyik nagy rejtélyét

A Cambridge kutatói úgy gondolják, hogy megfejtették a magas hőmérsékletű szupravezetés működésének rejtélyét. A szupravezetés jelenségét egy évszázaddal ezelőtt, 1911-ben fedezte fel Heike Kamerlingh Onnes, aki a fémek alacsony hőmérsékleteken való viselkedését tanulmányozta. Normális esetben a fémek elektromos ellenállása a hőmérséklet esésével csökken, a bennük található szennyeződések miatt azonban a legtöbb hétköznapi vezető anyag ellenállása az abszolút nulla fok közelében sem éri el a nullát. A holland fizikus vizsgálódásai során azonban észrevette, hogy egyes anyagok bizonyos körülmények között teljesen elveszítik elektromos ellenállásukat. Ez a legtöbb esetben nagyon alacsony hőmérsékleten, 20 kelvin alatt következik be.

Az úgynevezett alacsony hőmérsékletű szupravezetőkön kívül azonban a szakértők a 20. század utolsó harmadától kezdve ráakadtak néhány olyan anyagra is, amelyek kritikus hőmérséklete, tehát az a pont, ahol ellenállásuk hirtelen nullára esik, jóval magasabban, 100−130 kelvin körül alakul. Ezek a matériák érthető módon jóval alkalmasabbak a praktikus használatra, hiszen nem kell extrém módon lehűteni őket ahhoz, hogy szupravezetőkké váljanak. Problémás viszont, hogy míg az alacsony hőmérsékletű szupravezetőknél a szakértők tudják, hogy hogyan működnek, és milyen tulajdonságú anyagok esnek ebbe a csoportba, a magas hőmérsékletű csoport tagjaira vonatkozólag mindeddig nem sikerült rátalálni az univerzális receptre.

„A magas hőmérsékletű szupravezetők nagy problémája, hogy nem tudjuk, hol találhatunk rá ilyen anyagokra, mivel nem vagyunk tisztában azzal, hogy pontosan mely összetevők felelnek a szupravezetés létrejöttéért” – mondja Suchitra Sebastian vezető kutató, aki kollégáival talán végre ráakadt a megoldásra.

A szupravezetőkben az elektronok szoros párokban utaznak, ez biztosítja akadálymentes haladásukat. A hagyományos vezetőkben ezzel szemben a magányos elektronok útja jóval véletlenszerűbb, kaotikusabb, és mivel gyakran ütköznek más elektronokkal, elektromos ellenállásuk nem lehet nulla. A szupravezetők elektronpárjait összetartó erőkről nem sokat tudunk, annyi azonban bizonyos, hogy a hőmérséklet emelkedése, illetve a mágneses tér erejének növekedése meggyengíti a kapcsolatot, és ha az elektronok szétválnak, megszűnik az anyag szupravezetése.

A Cambridge szakértői úgy próbáltak rájönni a rejtély nyitjára, hogy az anyag nem szupravezető állapotából indultak ki. „Azt igyekszünk megérteni, hogy milyen interakciók zajlanak le az anyagban az elektronok párba állását megelőzően, mivel ezen események valamilyen módon szerepet játszanak a párok létrejöttében” – mondja Sebastian. „Ha egyszer az elektronpárok összeálltak, utólag már nagyon nehéz megmondani, hogy ez milyen hatásra történhetett.”

A kutatók tisztában voltak azzal, hogy az anyagok többségében a szupravezetés hatására más jellegzetességek is felszámolódnak, köztük a mágnesség is. Ennek fényében felmerült annak lehetősége, hogy a szupravezetés talán úgy is előidézhető, ha elnyomják ezeket a normális körülmények közt fennálló tulajdonságokat, illetve fordítva is működhet a dolog: a szupravezetés megszüntethető ezek helyreállításával.

Míg a korábbi hasonló kutatások során a szakértők a hőmérséklet változtatásával igyekeztek előidézni, majd megszüntetni a szupravezetést (ezek azonban nem hoztak egyértelmű eredményeket), a Cambridge kutatói a mágnesség felé fordultak. A kísérlet sikeres volt, a csapat erős mágneses mezők segítségével megszüntette a kuprátok szupravezetését, és megtalálta a párba álló elektronok forrását. Legnagyobb meglepetésükre kiderült, hogy a korábban feltételezettel ellentétben ezek az elektronok nem azon helyekről származnak, ahol az anyag szupravezetése a legerősebb, hanem onnan, ahol a leggyengébb. (Ezen helyek léte az úgynevezett töltéssűrűség-hullámokhoz köthető.)

Sebastian elmondása szerint a kutatás eredményeként azonosíthatóvá váltak azon anyagok, amelyek magas hőmérsékletű szupravezetőkként működhetnek. Ezen csoport további tanulmányozása a kutatók reményei szerint oda vezethet, hogy egy napon olyan anyagokat is elő lehet majd állítani, amelyek szobahőmérsékleten is szupravezetőkként viselkednek.

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward