Unul dintre scopurile fundamentale ale fizicii moderne este de a debloca puterea supraconductibilității, unde fluxul de energie electrică circulă cu zero rezistenţă la temperatura camerei.
Progresul a fost lent, dar fizicienii tocmai au făcut o descoperire neașteptată.
Ei au descoperit un supraconductor care funcționează într-un mod nemaivăzut până acum – şi el deschide calea spre un șir întreg de posibilități ce nu au fost luate în considerare până acum.
Cu alte cuvinte, ei au identificat un tip de supraconductibilitate total nouă.
De ce acest lucru contează? Ei bine, atunci când curentul circulă în mod normal printr-un material – de exemplu, modul în care el se deplasează prin firele din perete atunci când aprindem lumina – este rapid, dar surprinzător de ineficient.
Electricitatea este purtată de electroni, care în cursul lor se ciocnesc de atomii din material, pierzând o parte din energia lor de fiecare dată când are loc acest lucru.
Cunoscută ca rezistenţă, aceasta este cauza din care rețelele electrice pierd până la 7% din energia electrică.
Vedeţi şi: Curgerea electronilor ca apa prin grafen lansează un nou val în fizică
Dar, când unele materiale sunt răcite la temperaturi extrem de mari, se întâmplă ceva diferit – electronii se împerechează şi încep să circule ordonat fără rezistenţă.
Acest lucru este cunoscut sub numele de supraconductibilitate şi are un potențial enorm de a revoluționa lumea în care trăim, făcând dispozitivele noastre electronice mult mai eficiente.
Vestea bună este că, noi am găsit acest fenomen în multe materiale deja.
De fapt, supraconductibilitatea este deja utilizată pentru a crea câmpuri magnetice puternice în aparatele RMN (rezonanţă magnetică nucleară) şi trenurile Maglev.
Vestea proastă este că, în prezent, este nevoie de echipamente scumpe şi voluminoase la menținerea supraconductorilor suficient de reci pentru a realiza acest fenomen – deci, rămâne impracticabil pentru o utilizare largă.
Vedeţi şi: Când sunt rotite sub un anumit “unghi magic”, foile de grafen pot fi un izolator sau supraconductor
Acum, cercetătorii conduși de Universitatea din Maryland, au observat un nou tip de supraconductibilitate la examinarea la temperaturi foarte scăzute a unui material exotic .
Acest tip de supraconductibilitate nu doar apare într-un material neașteptat, dar, pe lângă aceasta, fenomenul de fapt pare să se bazeze pe interacțiunile electronice care sunt total diferite de împerecherea electronilor ce am văzut-o până acum.
Şi aceasta înseamnă că, noi nu avem idee despre potenţialul pe care l-ar putea avea.
Pentru a înţelege diferenţa, trebuie să ştiţi că modul în care electronii interacţionează se datorează proprietăţii cuantice numite spin.
În supraconductorii obişnuiţi, electronii poartă un spin numit 1/2.
Dar în acest material special, cunoscut sub numele de YPtBi (en), echipa a constatat că se petrece altceva – electronii par să aibă un spin de 3/2.
„Nimeni nu presupunea cu adevărat că acest lucru este posibil în materiale solide”, explică fizicianul şi autorul principal, Johnpierre Paglione (en).
„Stările cu spin mare într-un atom individual sunt posibile, dar din momentul ce puneţi atomii împreună într-un solid, aceste stări de obicei se rup şi în final veţi avea o jumătate de spin”.
YPtBi a fost descoperit pentru prima oară ca un supraconductor acum câţiva ani (en) şi asta, însăși în sine, a fost o surpriză, deoarece, de fapt materialul nu se încadrează în niciunul dintre criteriile principale.
Majoritatea supraconductorilor din start încep ca niște conductori destul de buni, cu o mulţime de electroni mobili – un ingredient care lipsește la YPtBi.
Conform teoriei convenționale, YPtBi ar avea nevoie de aproximativ o mie de ori mai mulți electroni mobili pentru a deveni supraconductibil la temperaturi de sub 0,8 Kelvin.
Dar, când cercetătorii au răcit materialul, ei oricum au văzut o supraconductibilitate.
Pentru a înţelege ce se întâmplă, ultimul studiu a analizat modul în care materialul a interacționat cu câmpurile magnetice, cu scopul de a vedea exact se întâmplă în interior.
De obicei, în timp ce materialul se află în trecerea la un supraconductor, el va încerca să elimine orice câmp magnetic adăugat din interior.
Dar, expulzarea nu este complet perfectă. Lângă suprafață, câmpul magnetic poate intra în continuare în material, dar se distruge rapid.
Cât de departe pătrunde el în material depinde de natura împerecherii electronilor şi se schimbă pe măsură ce acesta este răcit în continuare.
Echipa a folosit bobine de cupru pentru a detecta modificările proprietăţilor magnetice a YPtBi, în timp ce îi schimbau temperatura.
Ceea ce au descoperit ei a fost ciudat – pe măsură ce materialul era încălzit de la zero absolut, adâncimea de penetrare a câmpului pentru YPtBi a crescut liniar în loc să o facă exponențial, aşa cum ar trebui să se întâmple în cazul unui supraconductor convențional.
După efectuarea unei serii de măsurători şi calcule, cercetarea a concluzionat că cea mai bună explicație pentru ceea ce se întâmplă, este că electronii s-au deghizat ca particule cu spin mai mare – o posibilitate care până acum nu a fost luată în calcul în cadrul supraconductibilității convenţionale.
Deşi, acest tip nou de supraconductibilitate încă necesită temperaturi incredibil de scăzute la moment, descoperirea dă întregului domeniu o nouă direcție de cercetare.
„Noi obișnuiam să ne limităm la împerecherea particulelor cu jumate de spin”, spune autorul principal Hyunsoo Kim (en).
„Dar, dacă începem să luăm în considerare un spin mai mare, atunci peisajul acestei cercetări a supraconductibilității se extinde şi devine din ce în ce mai interesant”.
Aceasta este o etapă extrem de incipientă şi noi mai avem multe de învățat despre ceea ce se întâmplă aici.
Dar, faptul că avem un tip nou de supraconductibilitate pentru a testa şi măsura, este destul captivant.
„Când aveţi această împerechere de spin-mare, care este cleiul care ţine aceste perechi împreună?” , spune Paglione (en).
„Există câteva idei despre ceea ce s-ar putea întâmpla, dar întrebările fundamentale rămân – ceea ce o face şi mai interesantă”.
Cercetarea a fost publicată în Science Advances.
Lasă un răspuns