Fizicienii au capturat în sfârșit valul unui supraconductor.
Prima dovadă directă a unei faze a materiei cunoscută sub numele de undă cu densitate de pereche ajută la dezvăluirea fizicii care stă la baza supraconductorilor misterioși de înaltă temperatură, care conduc electricitatea fără rezistență la temperaturi surprinzător de ridicate. Valul a fost detectat folosind un microscop cu scanare tunel, raportează cercetătorii la 1 aprilie Natură.
Fizicienii bănuiseră că în aceste materiale există unde de densitate de perechi, iar experimentele anterioare au sugerat existența lor. Dar fără dovezi directe, oamenii de știință nu și-ar putea avansa înțelegerea materialelor. „Investigați și dovedim [that]
această fază nu numai că ar putea exista, dar chiar există, este foarte importantă”, spune fizicianul teoretician Eun-Ah Kim de la Universitatea Cornell, care nu a fost implicat în lucrare.
Supraconductorii de înaltă temperatură i-au uimit pe fizicieni când materialele au apărut în anii 1980. Cunoscuți sub numele de cuprați deoarece conțin cupru, materialele conduc electricitatea fără rezistență la temperaturi mult mai mari decât majoritatea celorlalți supraconductori, unii în jur de 100 kelvin (aproximativ -173° Celsius) sau mai mari (SN: 8/12/17).
Deși încă răcoroase, astfel de temperaturi sunt mult mai ușor de atins decât temperaturile aproape zero absolut necesare pentru mulți supraconductori. Descoperirea materialelor a condus la mari speranțe că un superconductor la temperatura camerei ar putea fi găsit în curând, ceea ce poate duce la noi tehnologii, cum ar fi rețele electrice mult mai eficiente din punct de vedere energetic, trenuri cu levitare magnetică și supercalculatoare puternice.
Dar, zeci de ani mai târziu, un supraconductor la temperatura camerei nu a apărut încă pe scenă. În plus, oamenii de știință încă nu înțeleg pe deplin fizica care face aceste materiale atât de speciale. În special, „dorim să înțelegem mecanismul microscopic al modului în care supraconductivitatea are loc în acele materiale”, spune fizicianul Kazuhiro Fujita de la Brookhaven National Laboratory din Upton, NY. Acum, oamenii de știință se apropie puțin de o soluție.
În supraconductori, electronii se formează în duouri numite perechi Cooper, un parteneriat care le permite să alunece lin prin material fără rezistență (SN: 5/13/15). În aceste materiale, oamenii de știință observă un decalaj în energiile electronilor, mai degrabă decât un spectru continuu.
Fizicienii au prezis că, în supraconductorii de înaltă temperatură, decalajul în energiile electronilor ar varia periodic pe suprafața materialului într-un tip ciudat de undă. Acest efect ar putea fi legat de o altă stare neobișnuită care există în aceleași materiale la temperaturi mai ridicate, numită fază de pseudogap. Acea stare locuiește într-un purgatoriu ciudat: nu este nici supraconductor, nici izolator și conduce electricitatea, dar nu atât de bine.
Fujita și colegii săi au detectat valul prin trecerea pe suprafața unui compus supraconductor – un oxid de cupru pe bază de bismut – cu un microscop de scanare tunel. Microscopul are un vârf extrem de subțire care detectează electronii care trec prin spațiul dintre supraconductor și vârf printr-un proces cuantic cunoscut sub numele de tunel. În acest caz, cercetătorii au atașat, de asemenea, o bucată minusculă de supraconductor pe vârful microscopului, pentru a căuta electroni care fac tuneluri de la un bit de supraconductor la altul. Decalajul de energie, a raportat echipa, a variat periodic pe suprafața materialului într-un val, așa cum sa prezis.
„Aceasta este de fapt o măsurare directă a componentei de undă a densității perechii”, spune fizicianul teoretician Eduardo Fradkin de la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign. „Este un experiment cu adevărat interesant.”
Această fază de pseudogap poate fi importantă în încercarea de a crește intervalul de temperatură al supraconductorilor de înaltă temperatură. Noul rezultat ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine această fază, luminând modul în care aceste materiale se comportă pe măsură ce se încălzesc.