Uus läbimurre ülijuhtivuse vallas

Teadlased on välja pakkunud selgituse ülijuhtivusele, mis võib viia ülijuhtivuse uute ja ebaharilike vormide avastamiseni.

Ajakirjas

Nature

avaldatud uuring annab uue võimaliku seletuse ülijuhtivusele ebatraditsioonilistes materjalides — seletuse, mis kirjeldab aine võimalikku uut olekut, milles ülijuhtiv materjal toimib samaaegselt mittemagnetilise ja magnetilise ainena, vahendab

ScienceDaily

.

Ülijuhid juhivad elektrivoolu takistuseta, enamasti jahutatuna heeliumi veeldumispunkti lähedale (ligi -270 kraadi Celsiuse astmikul). Ülijuhid on väga tähtsad materjalid, sest annavad lootust, et kunagi saab elektrit praeguste paratamatute kadudeta paigast teise juhtida või piiramatult akumuleerida.

Paraku piirab materjalide sedavõrd madalale temperatuurile jahutamise kulu ülijuhtide kasutamise praktilisust. Kui ülijuhte oleks võimalik panna toimima kraadide juures, mis on toatemperatuurile lähemal, oleksid tulemused revolutsioonilised.

Traditsioonilise ülijuhtivuse-teooria kohaselt võivad elektronid teatud mittemagnetilistes materjalides moodustada paare, kui neid atomaarsete võngetega, mida foononiteks nimetatakse, selleks ärgitada. Teisisõnu kujutavad foononid endast “liimi”, mis ülijuhtivuse võimalikuks teeb.

Uuringu eestvedajad Tuson Park ja Joe D. Thompson kirjeldavad nüüd aga uut tüüpi “liimi”, mis ülijuhtivat käitumist esile kutsub.

Teadlased jahutasid tseeriumi-roodiumi-iriidiumi sulami temperatuurile õige veidi üle absoluutse nulli, ehk ligi 273 kraadi alla Celsiuse nulli. On teada, et sellisel temperatuuril tekib materjalis ülijuhtivus. Teadlased aga muutsid ka kristalli rõhku ja paigutasid selle magnetvälja eesmärgiga elektronide ranget paigutust segi paisata.

“Tekitasime materjalis väga kõrgesageduslikke kvantvõnkumisi,” selgitas Park. “Teisisõnu tekitasime elektronide “liiklusummiku”, millest neil oli väga keeruline liikuma pääseda.”

Selline elektrooniline ummik takistab elektronipaaride moodustumist foononite vahendusel; sellest hoolimata ilmutas materjal jätkuvalt ülijuhtivaid omadusi.

Toetudes materjali käitumisele eri rõhkude ja temperatuuride juures, usuvad teadlased, et absoluutse nulli lähedal jõuab materjal kvantkriitilisse punkti. Selles kvantkriitilises punktis omandas materjal sellise metalli omadused, milles on nii äärmiselt korrastatud kui äärmiselt korrastamatud elektronid; tekkis aine olek, mida seni pole kirjeldatud.

Teadlased usuvad, et selline kvantkriitiline punkt võimaldab välja töötada mehhanismi elektronipaaride moodustamiseks kvantolekus, mis annab materjalile ülijuhtivad omadused. Teisiti öeldes aitab uurimus selgitada ülijuhtivuse mehhanismi ilma foononiteta.

“Seda kvantkriitilist punkti võiks võrrelda musta auguga,” ütles Park. “Me saame vaadelda seda, mis toimub sündmushorisondil (ülijuhtivuse saavutamise lävel) või selle lähedal, aga seni veel ei näe me sinna sisse ega mõista selle põhjuseid.”