Fluidul perfect de electroni poate curge în interiorul supraconductorului

Un material solid care conduce perfect electricitatea la anumite temperaturi se poate califica, de asemenea, drept un lichid care curge aproape perfect.

Dacă rezultatul este confirmat, materialul supraconductor ar deveni primul fluid aproape perfect care nu se numără printre cele mai fierbinți sau mai reci substanțe din univers. Rezultatul sugerează, de asemenea, un nou mod de a descifra o clasă de materiale care ar putea în cele din urmă să treacă electricitatea în jurul rețelei electrice fără pierderi de energie.

În 2002, cercetătorii au răcit un nor de atomi de litiu la mai puțin de o zece milioane de grade Celsius peste zero absolut pentru a crea ceea ce se numește gaz Fermi. Trei ani mai târziu, un accelerator de particule de la Brookhaven National Laboratory din Upton, NY, a trântit nucleele de aur împreună pentru a forma o plasmă de cuarc-gluon de un trilion de grade C, o substanță despre care se crede că seamănă cu materia din univers imediat după Big Bang.

Cele două substanțe nu ar putea fi mai diferite din punct de vedere al temperaturii – gazul Fermi este mai rece decât spațiul cosmic, plasma cu quarc-gluon mai fierbinte decât miezul oricărei stele. Dar au o calitate surprinzătoare: în loc să semene cu gazele, ambele preparate se comportă ca lichide cu vâscozitate excepțional de scăzută sau rezistență la curgere. Oamenii de știință le consideră fluide aproape perfecte (SN: 25.04.09, str. 26).

Peter Johnson, un fizician al materiei condensate la Brookhaven, studiază o clasă de materiale aparent fără legătură, numite supraconductori la temperatură înaltă. Astfel de compuși conduc electricitatea fără rezistență atunci când sunt răciți la temperaturi care sunt mult peste zero absolut, dar încă foarte reci. Cu toate acestea, Johnson spune că gazele Fermi, plasmele de quarc-gluoni și supraconductorii de temperatură înaltă au o trăsătură importantă în comun: interacțiunile dintre particulele lor constitutive sunt atât de puternice încât particulele se comportă mai degrabă colectiv decât individual. Comportamentul colectiv al electronilor din supraconductorii de înaltă temperatură i-a derutat pe fizicieni, frustrând încercările de a înțelege aceste materiale și poate de a construi fire care pot transporta fără rezistență electrică la temperatura camerei (SN: 18/10/14, str. 22).

Intrigat de o posibilă legătură între comportamentul colectiv și starea lichidă, Johnson a măsurat vâscozitatea unui supraconductor de temperatură înaltă, bismut, stronțiu, calciu, oxid de cupru. El și colegii săi au injectat lumină în compus, care a scos electroni. Cercetătorii au măsurat proprietățile fiecărui electron care iese pentru a determina cât de repede a trecut prin material. Echipa lui Johnson se încheie pe 13 octombrie în Analiza fizică B că fluxul de electroni este suficient de rapid pentru a numi compusul supraconductor un fluid aproape perfect la temperaturi de aproximativ -180 ° C.

Dar tehnica experimentală nu se potrivește cu Jan Zaanen, un fizician teoretic al materiei condensate la Universitatea Leiden din Olanda. „Este o gafă”, spune el. „Nu are sens.” Măsurarea unui singur electroni pentru a estima debitul tuturor electronilor este ca și cum ai măsura o moleculă de apă pentru a determina debitul unui râu, spune el.

Coautorul studiului Jonathan Rameau de la Brookhaven apără cercetarea. Fiecare măsurătoare oferă un indiciu despre ce electroni întâlnesc în material, spune el. „Chiar dacă măsurăm cât de repede iese acest electron, de fapt ne oferă informații despre mediul din care provine electronul.”

În timp ce pune sub semnul întrebării tehnica, Sean Hartnoll, un fizician teoretician la Universitatea Stanford, este mai concentrat pe imaginea de ansamblu. „Această lucrare este o primă încercare îndrăzneață de a determina vâscozitatea electronilor într-un supraconductor la temperatură înaltă”, spune el. Lucrarea ar putea încuraja fizicienii să privească supraconductorii de temperatură înaltă ca lichide curgătoare, mai degrabă decât simple conducte electrice, spune el, ceea ce ar putea ajuta la inspirarea modalităților de manipulare a materialelor pentru utilizare la temperaturi mai ridicate.