Fizicienii au descoperit un proces de supraconductibilitate care se produce la temperaturi mai ridicate decât se credea că este posibil

Oamenii de ştiinţă au descoperit un proces cheie necesar pentru producerea supraconductibilităţii la temperaturi mai ridicate decât se credea că este posibil – un pas mic dar important în căutarea unuia dintre „Sfintele Graaluri” ale fizicii, un supraconductor care să funcţioneze la temperatura camerei, informează miercuri Live Science, transmite Agerpres.

Descoperirea arată că electronii pot forma perechi la temperaturi de până la -123 grade Celsius, acesta fiind unul dintre ingredientele secrete ale fluxului de energie ce aproape că nu are pierderi din materialele supraconductoare extrem de reci.

Supraconductibilitatea este un fenomen în care rezistenţa electrică a unui material conductor devine zero, dacă temperatura sa este mai mică decât o anumită valoare specifică materialului, numită temperatură critică.

Înţelegerea acestei descoperiri îi poate ajuta pe fizicieni să identifice materiale supraconductoare care să opereze la temperatura camerei, conform studiului publicat la 15 august în jurnalul Science.

„Perechile de electroni ne spun că sunt gata de supraconductibilitate, dar ceva le opreşte. Dacă putem găsi o nouă metodă de a sincroniza aceste perechi, putem aplica acest lucru pentru a obţine supraconductibilitate la temperaturi mai ridicate” a declarat co-autorul studiului, Ke-Jun Xu, cercetător în fizică aplicată la Universitatea californiană Stanford.

În mod normal, două sarcini negative se resping una pe cealaltă, însă în cazul acestui experiment, electronii devin legaţi împreună în cadrul unei „perechi Cooper”.

Perechile Cooper respectă reguli diferite de mecanică cuantică faţă de electronii singulari. În loc să se adune către exterior, ei se comportă ca particulele de lumină – o infinitate de particule de lumină pot ocupa acelaşi punct în spaţiu în acelaşi timp. Dacă în cadrul unui material sunt create suficient de multe perechi Cooper, acestea încep să se comporte ca un superfluid care curge fără nicio pierdere de energie din cauza rezistenţei electrice.

Primii supraconductori, descoperiţi de fizicianul olandez Heike Kamerlingh Onnes în 1911, trec în această stare de rezistenţă electrică zero la temperaturi extrem de scăzute – aproape de zero absolut (-273,15 grade Celsius). În 1986 fizicienii au descoperit un material pe bază de cupru – denumit cuprat, care devine supraconductor la o temperatură mult mai ridicată, de -135 grade Celsius.

Fizicienii au sperat că această descoperire îi va conduce către materiale supraconductoare la temperatura camerei. Însă nu au mai fost obţinute mai multe date despre ce-i face pe cupraţi să etaleze acest comportament neobişnuit şi, anul trecut, afirmaţiile unor cercetători că ar fi reuşit să obţină supraconductori la temperatura camerei s-au dovedit a fi false.

În cadrul acestei cercetări, fizicienii au folosit un tip de cuprat denumit neodim-ceriu-oxid de cupru. Supraconductibilitatea maximă a acestui material este relativ scăzută la -248 grade Celsius, aşa că fizicienii nu s-au oprit asupra lui prea mult. Însă atunci când cercetătorii de la Stanford au proiectat lumină ultravioletă pe suprafaţa sa, au observat ceva neobişnuit.

De obicei, atunci când fotonii lovesc un cuprat ce conţine electroni singulari, fotonii le transmit electronilor suficientă energie pentru a fi ejectaţi din material, care pierde astfel foarte multă energie. Însă electronii poziţionaţi în perechi Cooper pot rezista acţiunii fotonilor, condiţii în care materialul pierde doar foarte puţină energie.

În pofida faptului că starea sa de rezistenţă zero se manifestă doar la temperaturi foarte scăzute, cercetătorii au aflat că decalajul de energie a persistat în noul material până la -123.15 grade Celsius şi perechile de electroni au fost deosebit de puternice, rezistând fluxului de curent electric.

Astfel, deşi este puţin probabil ca cupraţii să poată ajunge la supraconductibilitate la temperatura camerei, studierea lor poate dezvălui indicii care să ajute la identificarea unui material care poate realiza acest lucru.

„Descoperirea noastră deschide un drum foarte interesant înainte. Ne dorim să studiem în continuare aceste perechi de electroni pentru a dezvolta supraconductori folosind noi metode”, a declarat şi coordonatorul studiului, Zhi-Xun Shen, profesor de fizică la Universitatea Stanford.