Het mysterie van supergeleiding bij hoge temperaturen ontrafelen, specifiek in koperoxide materialen, blijft een van de meest raadselachtige uitdagingen in de moderne vastestoffysica. Maar een internationaal onderzoeksteam van ingenieurs en wetenschappers is misschien een stap dichter bij het begrip gekomen.

Supergeleiders zijn materialen die unieke fysieke eigenschappen krijgen wanneer ze tot extreem lage temperaturen worden gekoeld. Ze stoppen met het weerstaan ​​van een elektrische stroom, waardoor de stroom vrij kan passeren zonder energieverlies. Supergeleiders worden gebruikt in technologieën zoals MRI-machines, elektrische motoren, draadloze communicatiesystemen en deeltjesversnellers. Hoewel de wetenschappelijke gemeenschap duizenden voorbeelden van supergeleidende materialen kent, er blijven veel vragen over waarom en hoe supergeleiding optreedt. Nieuw onderzoek kan een antwoord bieden.

Een onderzoeksteam dat bestaat uit Jianshi Zhou, onderzoekshoogleraar werktuigbouwkunde aan de Cockrell School of Engineering en lid van de Universiteit van Texas in Austin's Texas Materials Institute, heeft het bestaan ​​van een faseovergang bevestigd bij een temperatuur dichtbij het absolute nulpunt, hoger dan de temperatuur die nodig is voor veel supergeleiders, in op koperoxide gebaseerde (of cuprate) supergeleidende materialen. Het team gelooft dat het tijdens deze faseovergang zou kunnen zijn, het "kwantumkritische punt, " wanneer supergeleiding daadwerkelijk optreedt. De bevindingen werden gepubliceerd in een recent nummer van het tijdschrift Natuur .

De studie mat de effecten van warmte op twee cuprate-systemen waarvan bekend is dat ze supergeleiders zijn:Eu-LSCO en Nd-LSCO, beide op koperoxide gebaseerde kristalsystemen. De twee materialen werden afgekoeld tot hun kritische temperatuurpunten, terwijl grote magnetische velden werden gebruikt om hun supergeleiding te onderdrukken. De resulterende thermodynamische kenmerken die door het experiment werden geproduceerd, bevestigden het bestaan ​​van de "kwantumkritiek"-fase in de geanalyseerde voorbeelden.

"'Kwantumkritiek' was voorgesteld als een potentiële factor voor het vergemakkelijken van supergeleiding in cupraatsystemen, "Zei Zhou. "Onze studie bevestigt dat dit het geval is."

Zhou is de enige in de VS gevestigde onderzoeker van het onderzoek en een van een handvol ingenieurs over de hele wereld met de expertise om cupraatkristalsystemen te kweken en te analyseren, een van de meest gebruikte supergeleiders.

Ingenieurs classificeren materialen vaak op basis van hun weerstand tegen de stroom van elektrische stromen. Dit is een eigenschap die wordt gemeten door het gedrag van elektronen te observeren. Metalen zoals koper - een belangrijk onderdeel in draden die onze smartphone-opladers verbinden, magnetrons, gloeilampen en meer naar stopcontacten - bestaan ​​uit elektronen die vrij rond de atomaire structuur bewegen. Dit biedt een zwakke weerstand tegen elektrische stromen, een eigenschap die zorgt voor een sterke geleider.

Weerstand, hoe zwak ook, is ongewenst in geleidende materialen omdat de energie die wordt gebruikt om weerstand te bieden, wordt omgezet in warmte en technisch verspild is. In een perfecte wereld, kabels zouden worden gemaakt van een materiaal met nul weerstand tegen elektrische stroom. Dit is waar supergeleiders om de hoek komen kijken. omdat alle bekende supergeleiders moeten worden gekoeld tot extreem lage temperaturen, ze zijn moeilijk regelmatig te gebruiken in praktische toepassingen. uiteindelijk, ingenieurs en wetenschappers wereldwijd blijven zoeken naar supergeleidende materialen die bij veel hogere temperaturen kunnen worden gebruikt, in de hoop op kamertemperatuur te komen. Elke ontdekking die wordt gedaan, brengt onderzoekers een stap dichterbij.

"Begrijpen waarom deze materialen supergeleiders worden, zal ons naar deze heilige graal van supergeleiders bij kamertemperatuur leiden, "Zei Zhou. "Het is slechts een kwestie van tijd, Hopelijk."