Superprevodnost je bila odkrita leta 1911, vendar njene lastnosti in značilnosti še niso popolnoma raziskane. Nove raziskave nanožic pomagajo razumeti, kako se ta pojav izgublja.
Problem ohranjanja pijač na hladnem v vročem poletju je klasična lekcija o spremembi faze. Preučiti jih je treba, snov je treba segreti in opazovati spremembo njenih lastnosti. Ko pridete do tako imenovane kritične točke, dodajte vodo ali toploto - in opazujte, kako se snov spremeni v plin (ali paro).
Zdaj pa si predstavljajte, da ste vse ohladili na zelo nizke temperature - toliko, da so vsi toplotni učinki izginili. Dobrodošli v kvantni resničnosti, kjer tlak in magnetna polja nikakor ne vplivajo na nastanek novih faz! Ta pojav se imenuje kvantni fazni prehod. Za razliko od običajnega prehoda kvantni prehod tvori popolnoma nove lastnosti, kot je superprevodnost (v nekaterih materialih).
Če na superprevodno kovino napeljete, bodo elektroni skozi material potovali brez upora, električni tok pa bo tekel neomejeno, ne da bi upočasnil ali ustvaril toploto. Nekatere kovine postanejo superprevodne pri visokih temperaturah, kar je pomembno v primeru prenosa moči in obdelave podatkov na osnovi superprevodnikov. Znanstveniki so ta pojav odkrili pred 100 leti, vendar sam mehanizem superprevodnosti ostaja skrivnost, saj je večina materialov preveč zapletenih, da bi podrobno razumeli fiziko kvantnega faznega prehoda. Najboljša strategija v tem primeru je torej osredotočanje na učenje manj zapletenih sistemskih modelov.
Fiziki z Univerze v Utahu so ugotovili, da so superprevodne nanožice iz zlitine molibdena in germanija podvržene kvantnim faznim prehodom iz superprevodne v navadno kovino, ko so postavljene v običajno magnetno polje pri nizkih temperaturah. Ta študija je prvič razkrila mikroskopski postopek, s katerim material izgubi svojo superprevodnost: magnetno polje razbije pare elektronov - Cooperjevi pari medsebojno delujejo z drugimi pari iste vrste - in izkusijo dušilno silo zaradi neparnih elektronov v sistemu.
Raziskava je podrobno opisana v kritični teoriji, ki jo je predlagal Adrian Del Maestro, docent z Univerze v Vermontu. Teorija je natančno opisala, kako je razvoj superprevodnosti odvisen od kritične temperature, velikosti magnetnega polja in usmeritve, površine preseka nanožice in mikroskopskih značilnosti materiala, iz katerega je narejena. Na področju superprevodnosti je to prvič, da vse podrobnosti kvantnega faznega prehoda napoveduje teorija, potrjena na realnih predmetih v laboratoriju.
"Kvantni fazni prehodi se morda slišijo zelo eksotično, vendar jih opazimo v številnih sistemih - od središč zvezd do atomskih jeder, pa tudi od magnetov do izolatorjev," je povedal Andrey Rogachev, docent na Univerzi v Utahu in vodilni avtor študije. "Ko enkrat razumemo kvantne vibracije v tem preprostejšem sistemu, lahko govorimo o vseh podrobnostih mikroskopskega procesa in jih uporabimo za bolj zapletene predmete."
Promocijski video: