Masačusetso technologijos instituto (MIT) mokslininkai kaip reikiant padirbėjo bandydami kuo geriau pažinti aukštatemperatūrių superlaidininkų prigimtį. Superlaidininkai – ypatingos medžiagos, nes jų varža, pasiekus pakankamai žemą temperatūrą, pasidaro lygi nuliui, todėl elektros srovė jais gali tekėti be nuostolių.
Masačusetso technologijos instituto (MIT) mokslininkai kaip reikiant padirbėjo bandydami kuo geriau pažinti aukštatemperatūrių superlaidininkų prigimtį. Superlaidininkai – ypatingos medžiagos, nes jų varža, pasiekus pakankamai žemą temperatūrą, pasidaro lygi nuliui, todėl elektros srovė jais gali tekėti be nuostolių.
Jeigu superlaidininkų savybėmis pavyktų pasinaudoti kambario temperatūroje, tuomet šių medžiagų pritaikymas taptų praktiškai neribotas. Tačiau mokslininkams reikia dar daug ką sužinoti apie tai, kaip veikia pats superlaidumo mechanizmas.
Pritaikę naują metodą MIT fizikai padarė netikėtą atradimą, galintį sugriauti ligi šiol gyvavusias teorijas, kuriomis paaiškinama medžiagos būsena prieš pat šiai tampant superlaidžia. Savo mintimis mokslininkų grupė pasidalino vasario „Nature Physics“ numeryje.
Pasak MIT asistuojančio fizikos profesoriaus ir vieno iš straipsnio bendraautoriaus Eriko Hadsono (Eric Hudson), šiuo metu vienas didžiausių fizikos iššūkių yra suprasti aukštatemperatūrių superlaidininkų veikimo principą.
Daugelis superlaidininkų netenka savos varžos tik esant temperatūrai, artimai absoliučiam nuliui. Tačiau maždaug prieš 20 metų buvo pastebėta, jog kai kurios keramikos rūšys pasižymi superlaidumu aukštesnėse temperatūrose (bet daugeliu atveju vis tiek tenka šias medžiagas šaldyti iki 100 kelvinų arba – 173 Celsijaus laipsnių ribos).
Tokie aukštatemperatūriai superlaidininkai vis labiau pritaikomi praktiškai. Kaip pavyzdžius galima pateikti mobiliųjų telefonų bazines stotis bei traukinius ant magnetinių pagalvių. Tačiau tai viso labo tik ledkalnio viršūnėlė – manoma, kad pritaikymo sritys gali būti kur kas platesnės.
„Jeigu priverstume superlaidininkus veikti kambario temperatūroje, tuomet pritaikymo sritys būtų nesuskaičiuojamos“, – patikina E. Hadsonas.
Superlaidininkai yra pranašesni už įprastinius metalinius laidininkus (pavyzdžiui, varinius), nes, tekant elektros srovei, neišsiskiria nuostolinga šiluma. Jeigu uždaroje superlaidžioje grandinėje sužadinsime srovę, ši nesilpnėdama tekės amžinai.
„Nature Physics“ išspausdintame straipsnyje mokslininkai gilinasi į susidarančią šių medžiagų būseną, kai temperatūra būna tik truputėlį didesnė už reikalingą superlaidumui pasiekti.
Kai medžiaga pasiekia superlaidumo būseną, visi jos elektronai atsiduria tame pačiame energijos lygmenyje. Negalimi elektronų energijos lygmenys patenka į vadinamąjį superlaidųjį tarpą. Tai labai svarbi superlaidumo reiškinio dalis, kuri užtikrina, jog elektronai nebus išsklaidomi, todėl kartu pradings varža ir jos poveikis srovės tekėjimui.
Priartėjus prie kritinės superlaidumo temperatūros, medžiaga atsiduria būsenoje, kuri vadinama pseudotarpine. Ši medžiagos būsena dar nėra gerai suprasta.
Tyrėjai nutarė ištyrinėti pseudotarpinės būsenos prigimtį nagrinėdami elektronų būsenų savybes. Kaip manoma, jas savo ruožtu nusako superlaidininkų savybės – medžiagos priemaišų įgyjamos būsenos.
Jau anksčiau buvo parodyta, jog natūralios superlaidžios medžiagos priemaišos, tokios kaip vakansijos ar pakeisti atomai, leidžia elektronams pereiti į energijos lygmenis, įprastinėmis sąlygomis išsidėsčiusius superlaidžiajame tarpe. Vadinasi, elektronai gali būti išsklaidomi. Visa tai įmanoma stebėti skenuojančiu tuneliniu mikroskopu (STM).
MIT mokslininkai pastebėjo, jog priemaišos sklaido elektronus, kai medžiaga yra ne tik superlaidžioje, bet ir pseudotarpinėje būsenoje. Šis atradimas prieštarauja teorijai, pagal kurią pseudotarpinė būsena yra tiktai superlaidumo būsenos pirmtakė. Be to, aptikta įrodymų, kad abi būsenos gali egzistuoti vienu metu.
Šis pseudotarpinės ir superlaidžios būsenos palyginimo metodas STM mikroskopu gali padėti mokslininkams suprasti, kodėl kai kurios medžiagos tampa superlaidžiomis esant tokioms pakankamai aukštoms temperatūroms.
„Svarbiausia yra pamėginti suprasti, kas yra pseudotarpinė būsena“, – pabrėžia E. Hadsonas.
