Şi ea ar putea rezolva una dintre cele mai mari mistere ale fizicii experimentale
Timp de decenii, fizicienii au încercat să obţină supraconductibilitatea – capacitatea de a transporta curentul electric cu o eficienţă de 100 procente – la temperatura camerei, deoarece aceasta ar putea schimba pentru totdeauna modul în care folosim electricitatea.
Şi acum, pentru prima dată, cercetătorii au confirmat o nouă fază a materiei care survine în momentul trecerii de la starea de non-supraconductor la supraconductor şi aceasta ar putea fi cheia înţelegerii modului în care funcţionează supraconductibilitatea la temperaturi înalte.
Vedeţi şi: Recent oamnenii de ştiinţă au descoperit o nouă stare a materiei
“O proprietate particulară a tuturor acestor supraconductori de temperaturi înalte constă în aceea că, chiar înainte de a intra în starea de supraconductoare, ele invariabil intră mai întâi în starea de pseudogap (en), a cărei origine este la fel, dacă nu mai mult, misterioasă decât starea de supraconductibilitate în sine”, spune membrul echipei (en), David Hsieh de la Institutul de Tehnologii din California Caltech.
Superconductibilitatea a fost descoperită în 1911 şi iniţial s-a presupus că ea ar putea avea loc la temperatura de zero absolut (aproximativ -273 de grade Celsius).
De atunci, oamenii de ştiinţă au realizat o supraconductibilitate continuie la temperaturi puţin mai scăzute de -70 de grade Celsius, dar aceasta nu este tocmai practică – costurile pentru a menţine a supraconductoarele constant reci, în general, sunt mai mari decât beneficiul de la energia cu rezistenţă zero.
Dar, dacă vom putea atinge acelaş efect, la temperatura camerei sau măcar aproape de ea – efect denumit ca, supraconductibilitate la temperaturi ridicate – aceasta ar putea revoluţiona totul, începând de la electronică şi până la transportul nostru, oferindu-ne posibilitatea de a construi sisteme de transport super-rapide fără fricţiune, aşa ca trenurile Maglev sau Hyperloop (en).
Acum treizeci de ani, fizicienii au descoperit că conductibilitatea la temperaturi înalte este posibilă, iar în 2014, echipa din SUA a fost de fapt în măsură să o realizeze – dar ea a putut fi menţinută doar pentru o fracţiune de secundă.
La acel moment, ei au suspectat acestă nouă stare ciudată de pseudogap în implicarea directă asupra capacităţii materialului de a obţine supraconductibilitatea la temperaturi ridicate, dar ceea cum exact ea s-a format sau dacă într-adevăr a fost o nouă stare a materiei, a rămas neclar.
“Noi aveam dovezi clare că, faza pseudogap concurează şi suprimă supraconductibilitatea “, a declarat un membru din echipă (en), Makoto Hashimoto de la Universitatea Stanford, la acel moment.
“Dacă vom putea cumva elimina această competiţie sau să o manipulăm mai bine, am putea fi în măsură să ridicăm temperaturile de funcţionare ale acestor supraconductori”.
Acum, echipa de la Caltech a mai făcut un pas înainte spre a confirma faptul că noi într-adevăr avem de a face cu o stare distinctă a materiei – şi ea are proprietăţi total diferite de celea prezente într-o stare supraconductoare.
Imaginaţi-vă pseudogap-ul ca o stare a materiei separată, care survine undeva la mijlocul trecerii apei din starea de lichid în cea de gaz, atunci când încălziţi apa pentru a o face aburi, sau când topiţi gheaţa solidă în apă lichidă.
Ca să se petreacă aceste treceri dintr-o stare în alta, electronii din apă trebuie să se rearanjeze pentru a se forma în lichid, solid sau gaz.
Acelaş lucru se întâmplă şi în supraconductoare, la anumite temperaturi.
Diferenţa constă în faptul că, electronii se vor aranja în trei modele diferite pe parcursul tranziţiei de la non-supraconductor la supraconductor.
Cercetătorii au fost capabili de a studia ordonarea electronilor în starea pesudogap prin dezvoltarea unei metode noi pe bază de laser, numite anizotropie optică de rotaţie neliniară, care le-a permis să detecteze orice modificări simetrice în timpul tranziţiei de fază.
Întrucât orice stare a materiei are simetrii distincte, în momentul în care simetria electronilor a fost ruptă, aceasta poate fi utilizată ca o indicaţie a unei schimbări de stare.
“Noi am descoperit că în starea de pseudogap, electronii formează un model extrem de neobişnuit, care rupe aproape toate simetriile spaţiului”, explică Hseih (en).
“Acest lucru oferă un indiciu foarte convingător al originii reale a stării pseudogap şi ar putea duce la o nouă înţelegere a modului în care funcţionează supraconductorii la temperaturi ridicate”.
Acum, din moment ce cercetătorii au fixat această nouă stare a materiei, pasul următor este să ne dăm seama cum aranjarea specială a electronilor poate împiedica – sau chiar provoca – supraconductibilitatea la temperaturi ridicate.
Cercetarea a fost publicată în Nature Physics.
Lasă un răspuns