Electronii au potențial de atracție reciprocă

De obicei, electronii distanși se mențin unul pe altul la distanță de braț, respingându-și vecinii. Dar, în mod surprinzător, în anumite circumstanțe, această repulsie poate face ca perechile de electroni să-și înmoaie poziția unul față de celălalt și să se atragă în schimb, arată o nouă cercetare. Efectul poate fi cheia producerii într-o zi a unui nou tip de supraconductor la temperatură înaltă, raportează oamenii de știință în 21 iulie. Natură.

Deși efectul a fost prezis pentru prima dată în urmă cu peste 50 de ani, încercările anterioare de a forța electronii să se comporte în acest mod prietenos au eșuat. Așa cum sarcinile se resping, la fel și electronii încărcați negativ se resping de obicei unul pe altul. Dar acum cercetătorii au validat ideea contraintuitivă că poate apărea o atracție între electroni. „Cumva, ai avut [this] magie că din toată această repulsie poți crea atracție”, spune coautorul studiului Shahal Ilani, fizician la Institutul de Știință Weizmann din Rehovot, Israel.

Ilani și colegii au produs efectul într-un sistem de electroni în nanotuburi de carbon. Funcționând la temperaturi chiar peste zero absolut, sistemul este alcătuit din două nanotuburi de carbon perpendiculare – cilindri goli de atomi de carbon – cu un diametru de aproximativ 1 nanometru.

Doi electroni se află în locurile din interiorul primului nanotub. Lăsați în voia lor, cei doi electroni se resping unul pe altul. Un al doilea nanotub, cunoscut sub numele de „polarizator”, acționează ca „clei” care permite celor doi electroni să se atragă. Când oamenii de știință au apropiat cele două nanotuburi, spune Ilani, „electronii din primul nanotub și-au schimbat natura; au devenit atractive în loc să respingă.”

Acest flip se datorează naturii polarizatorului. Conține un electron, care este situat într-unul dintre cele două locuri din nanotubul de carbon – fie între perechea de electroni a primului nanotub, fie mai departe. Perechea de electroni din primul nanotub respinge electronul polarizatorului, lovindu-l de la locul apropiat spre cel îndepărtat. Iar absența electronului lasă în urmă un loc liber încărcat pozitiv, care atrage perechea de electroni către el – și unul către celălalt.

Este un „tur de forță”, spune Takis Kontos, fizician la École Normale Supérieure din Paris, care a scris un comentariu asupra lucrării în același număr al Natură. Deși sistemul creat de oamenii de știință este foarte simplu, spune el, „întregul experiment construit în jurul lui este extrem de complex”.

Se știe că electronii atrag în anumite situații. În supraconductorii convenționali, electronii se împerechează datorită interacțiunilor lor cu ionii din material. Acest sistem prieten permite supraconductorilor să conducă electricitatea fără rezistență. Dar astfel de supraconductori trebuie să fie răciți la temperaturi foarte scăzute pentru ca acest efect să apară.

Dar în 1964, fizicianul William Little de la Universitatea Stanford a teoretizat că perechile de electroni s-ar putea atrage, de asemenea, datorită interacțiunilor lor cu alți electroni, în loc de ionii. Astfel de perechi ar trebui să rămână legate la temperaturi mai ridicate. Această realizare a stârnit speranța că un material cu acești electroni atragatori ar putea fi un supraconductor la temperatura camerei, ceea ce ar deschide o mulțime de posibilități tehnologice pentru transmiterea și stocarea eficientă a energiei.

Rămâne de văzut dacă efectul poate produce un supraconductor și dacă un astfel de supraconductor ar putea funcționa la temperaturi mai ridicate – noua descoperire arată doar că atracția poate apărea din cauza repulsiei electronilor. Este „primul pas important”, spune Ilani. Acum, oamenii de știință pot începe să se gândească la cum să construiască „materiale noi interesante, care sunt foarte diferite de ceea ce puteți găsi în natură”.