Een experiment op het snijvlak van de fysica van de gecondenseerde materie en de materiaalwetenschap heeft aangetoond dat de droom van efficiënter energieverbruik werkelijkheid kan worden. Een internationale samenwerking onder leiding van de wetenschappers van de Italiaanse International School for Advanced Studies (SISSA) in Triëst, Università Cattolica di Brescia en Politecnico di Milano gebruikten laserpulsen op maat om de elektronische interacties in een verbinding die koper bevat, vast te leggen, zuurstof en bismut. Ze waren dus in staat om de toestand te identificeren waarvoor de elektronen elkaar niet afstoten, dat is een essentiële voorwaarde om stroom zonder weerstand te laten vloeien. Dit onderzoek opent nieuwe perspectieven voor de ontwikkeling van supergeleidende materialen met toepassingen in de elektronica, diagnostiek en transport. De studie is zojuist gepubliceerd in Natuurfysica .

Met behulp van geavanceerde lasertechnieken om het zogenaamde niet-evenwichtsregime te onderzoeken, de wetenschappers vonden een innovatieve manier om de eigenschappen van een speciale klasse materialen te begrijpen. Het SISSA-team hield zich bezig met de theoretische aspecten van het onderzoek, terwijl de I-LAMP-labs van de Università Cattolica del Sacro Cuore (Brescia) en Politecnico di Milano de experimentele kant coördineerden.

"Een van de grootste obstakels om supergeleiding in de dagelijkse technologie te benutten, is dat de meest veelbelovende supergeleiders de neiging hebben om isolatoren te worden bij hoge temperaturen en voor lage dopingconcentraties, " legden de wetenschappers uit. "Dit komt omdat de elektronen de neiging hebben elkaar af te stoten in plaats van te paren en in de richting van de stroom te bewegen." Om dit fenomeen te bestuderen, de onderzoekers richtten zich op een specifieke supergeleider met zeer complexe fysische en chemische eigenschappen, bestaat uit vier verschillende elementen, waaronder koper en zuurstof. "Met behulp van een laserpuls, we hebben het materiaal uit zijn evenwichtstoestand verdreven. Een seconde, ultrakorte puls stelde ons vervolgens in staat om de componenten te ontwarren die de interactie tussen de elektronen karakteriseren terwijl het materiaal terugkeerde naar evenwicht. metaforisch, het was alsof je op verschillende momenten een reeks snapshots maakte van de verschillende eigenschappen van dat materiaal."

Door deze aanpak, vonden de wetenschappers dat "in dit materiaal, de afstoting tussen de elektronen, en daardoor hun isolerende eigenschappen, verdwijnt zelfs bij kamertemperatuur. Het is een zeer interessante observatie, omdat dit de essentiële voorwaarde is om van een materiaal een supergeleider te maken." Wat is de volgende stap om dit te bereiken? "We zullen dit materiaal als uitgangspunt kunnen nemen en de chemische samenstelling ervan kunnen veranderen, bijvoorbeeld, " legden de onderzoekers uit. Nadat ze hadden ontdekt dat de voorwaarden voor het produceren van een supergeleider bij kamertemperatuur bestaan, wetenschappers hebben nu nieuwe tools tot hun beschikking om het juiste recept te vinden:door een paar ingrediënten te veranderen, ze zijn misschien niet te ver verwijderd van de juiste formule.

Zijn toepassingen? Het magnetische veld dat wordt gegenereerd door een stroom door een supergeleider te leiden, kan worden gebruikt voor een nieuwe generatie magnetische levitatietreinen zoals degene die Shanghai al met zijn luchthaven verbindt, met veel betere prestaties en efficiëntie. Bij diagnostiek, het zou mogelijk zijn om zeer grote magnetische velden op te wekken in extreem kleine ruimtes, waardoor het mogelijk wordt om op zeer kleine schaal zeer nauwkeurige magnetische resonantiebeeldvorming uit te voeren. Op het gebied van energietransport of micro-elektronica, supergeleiders op hoge temperatuur zouden een extreem hoog rendement bieden en, tegelijkertijd, aanzienlijke energiebesparing.