Naujos žinios apie aukštatemperatūrinių superlaidininkų savybes (3)
Siekdami suprasti, kaip veikia aukštatemperatūriniai superlaidininkai, kaip juose vyksta srovės pernešimas be pasipriešinimo (varžos), mokslininkai iš Džonso Hopkinso (Johns Hopkins) universiteto ir Brukhaveno nacionalinės laboratorijos (Brookhaven National Laboratory) išmatavo superlaidumo fluktuacijas prie įvairių temperatūrų naudodami terahertcinę spektroskopiją. Jų naudotas metodas leidžia stebėti fliuktuacijas, vykstančias vos milijardosios sekundės milijardąją dalį. Matavimai parodė, kad šie trumpi svyravimai pradingsta apie 10-15 K° (kelvinų) virš virsmo temperatūros, prie kurios pasirodo superlaidumas.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
„Mūsų stebėti rezultatai rodo, kad kupratų superlaidininkuose superlaidumo praradimas yra susijęs su elektronų porų koherentiškumo praradimu“, – pasakė Brukhaveno laboratorijos fizikas Ivanas Bozovičius (Ivan Bozovic). Jo straipsnis kartu su bendraautoriais yra atspausdintas „Nature“ žurnalo internetiniame puslapyje.
Nuo pat aukštatemperatūriniu superlaidumu pasižyminčių medžagų atradimo prieš dvidešimt penkerius metus, mokslininkai bando šį efektą paaiškinti. Aukštatemperatūriniai superlaidininkai turi didelį panaudojimo potencialą kasdieniniame gyvenime, nes jie veikia žymiai aukštesnėje temperatūroje nei įprasti superlaidininkai, kuriuos reikia atšaldyti iki beveik absoliutaus nulio (0 K° arba –273,15 Celsijaus laipsnių). Manoma, kad jei pasisektų suprasti srovės perdavimo mechanizmą, būtų galima atrasti naujas arba sukurti pagal brėžinį medžiagas, kurios veiktų kambario temperatūroje. Tai būtų milžiniškas pasiekimas mažinant energijos nuostolius elektros perdavimo tinkluose. Dėl tos priežasties, daugelis mokslininkų įsitikinę, kad vienas svarbiausių šių dienų fizikos neišspręstų uždavinių yra aukštatemperatūrinio superlaidumo supratimas.
Įprastuose superlaidininkuose elektronai sudaro poras virsmo temperatūroje ir kondensuojasi į kolektyvinę koherentinę būseną elektros srovės pernešimui. Aukštatemperatūriniams superlaidininkams, kurie veikia temperatūroje iki 165 K°, elektronų porų susidarymas, kaip rodo kai kurie eksperimento metu gauti parametrai, vyksta 100 – 200 K° aukščiau nei virsmo temperatūra. Tačiau kondensacija vyksta, kai medžiaga atšaldoma iki virsmo temperatūros.
Siekdami ištirti fazinį virsmą, susijusį su superlaidumu, mokslininkų grupė ieškojo superlaidumo fluktuacijų virš virsmo temperatūros.
„Šios fluktuacijos panašios į mažytes superlaidumo saleles ar lašelius, kurių viduje elektronų poros yra koherentinės. Šios salelės pasirodo trumpam ir vėl dingsta, kad vėl išlįstų kitoje vietoje, – pasakė Bozovičius. – Tokios fluktuacijos yra stebimos kiekviename superlaidininke, tik įprastuose jos vyksta labai arti virsmo temperatūros, todėl fazinis virsmas yra labai staigus“.
Kai kurie mokslininkai iškėlė hipotezę, kad fluktuacijos kupratuose, skirtingai nei įprastuose superlaidininkuose, vyksta labai plačiame temperatūrų diapazone – iki pat temperatūros, kai elektronai pradeda sudarinėti poras. Dabartiniame tyrime grupė tyrė šią idėją matuodami laidumo priklausomybę nuo temperatūros bei fluktuacijas iki pat terahercinio dažnio.
„Naudojant šį metodą, galima stebėti superlaidines fluktuacijas, gyvuojančias net vieną milijardosios sekundės milijardąją dalį. Šios fluktuacijos stebimos visoje fazinėje diagramoje“, – pasakė Bozovičius.
Mokslininkai tyrė superlaidininką, turintį įvairius lantano ir stroncio, tarp kurių yra vario oksido sluoksniai, atomų kiekius. Tiriamieji bandiniai buvo paruošti Brukhaveno nacionalinėje laboratorijoje, o terahercinė spektroskopija atlikta Džonso Hopkinso universitete.
Pagrindinis atradimas buvo ypatingai stebinantis. Mokslininkai aiškiai matė superlaidines fluktuacijas, bet jos santykinai greitai slopdavo – apie 10–15 K° virš virsmo temperatūros nepriklausomai nuo lantano ir stroncio atomų skaičiaus santykio.
Galima daryti išvadą, kad kupratuose elektronų poros netenka koherentiškumo nepasiekus virsmo temperatūros. Tai prieštarauja procesams, vykstantiems įprastuose superlaidininkuose, kur elektronų poros išsiskiria virsmo temperatūroje.
„Vadinasi, skirtingai nuo įprastų superlaidininkų, perėjimas į superlaidinę būseną nevyksta dėl elektronų porų susidarymo, bet, greičiausiai, dėl koherentiškumo tarp porų dingimo, – mano Bozovičius. – Yra vilties, kad šio proceso detalus supratimas leis žengti dar vieną žingsnį įmenant aukštatemperatūrinio superlaidumo mįslę“.
