Voor onderzoekers in het veld, ze staan ​​bekend als 'slechte metalen, ' maar ze zijn niet echt zo slecht. Eigenlijk, het zijn de beste supergeleiders omdat ze in staat zijn om stroom te geleiden met het hoogste rendement en zonder weerstand tot hoge temperaturen. Dit is experimenteel gezien. Toch blijft hun gedrag een mysterie. De afstotende krachten tussen de elektronen in deze materialen zijn veel sterker dan in supergeleiders bij lage temperatuur:dus hoe overwinnen deeltjes met dezelfde lading deze krachten en slagen ze erin om te paren en stroom te transporteren zoals dat gebeurt in 'traditionele' supergeleiders?

Een team van onderzoekers van SISSA in Triëst heeft in samenwerking met de Technische Universiteit van Wenen een mogelijke, verrassend antwoord. Volgens de studie gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , in deze materialen zouden de elektronen in nieuwe objecten veranderen, met een ongekend karakter dat hen in staat zou stellen om te paren en daardoor de stroom supergeleidend te maken. In hun onderzoek hebben de onderzoekers toonden ook de eigenaardigheid van een nieuw type slechte metalen aan, genaamd 'Hund's metalen, ' belangrijk voor een klasse van op ijzer gebaseerde materialen. Wetenschappers geloven dat deze materialen bijzonder interessant zijn omdat ze supergeleidend en nogal kneedbaar zijn, waardoor ze zeer geschikt zijn voor technologische toepassingen.

Supergeleiders bij lage temperatuur

"Supergeleiders zijn interessante materialen omdat ze veel mysteries verbergen die onopgelost blijven en, tegelijkertijd, ze bieden een ongelooflijk toepassingspotentieel, " leg Laura Fanfarillo uit, Angelo Valli en Massimo Capone, auteurs van het onderzoek. Het zijn chemische verbindingen die, onder een kritische temperatuur, stroom geleiden zonder enige weerstand, dus zonder warmteafvoer. Het is gemakkelijk om hun potentieel op technologisch gebied voor te stellen. Ware het niet dat voor velen van hen, zogenaamde lage temperatuur supergeleiders, supergeleiding treedt op bij temperaturen die zeer dicht bij het absolute nulpunt liggen, waardoor het gebruik ervan ingewikkeld en zeer kostbaar wordt. Echter, er zijn ook supergeleiders voor hoge temperaturen, zoals slechte metalen, waarvan de kritische temperatuur, hoewel ruim onder nul, vereisen een veel minder gecompliceerde en dure koeling. Om deze reden, deze materialen worden beschouwd als de meest interessante supergeleiders om te onderzoeken om licht te werpen op de fysieke kenmerken die ze zo speciaal maken.

'En toch bewegen ze (samen)'

De onderzoekers verklaren dat, "In supergeleiders bij lage temperatuur weten we dat supergeleiding het resultaat is van de paring van elektronen die de afstoting overwinnen vanwege hun negatieve lading dankzij een 'bemiddelaar'. Eenmaal georganiseerd in paren beginnen de elektronen coherent te bewegen en elektrische stroom te transporteren zonder enige weerstand te ondervinden. de Coulomb-afstoting, waaraan de elektronen onderhevig zijn, is veel sterker dan in traditionele metalen. Deze afstoting, in theorie, zou de vorming van deze paren en het transport van de superstroom nog beslissender moeten voorkomen." Dit is waar de vraag rijst:"Omdat we weten dat de paring tussen elektronen het mechanisme is dat aan de basis ligt van supergeleiding en dat, in dit geval althans er is een bemiddelaar, het valt nog te bezien hoe slechte metalen zulke goede supergeleiders zijn. Met onze berekeningen we hebben geprobeerd licht te werpen op dit intrigerende mysterie."

Quasideeltjes om elektriciteit te geleiden

Wat de wetenschappers ontdekten, is dat het precies de kenmerken zijn die, in een oppervlakkige blik, zou hen de slechtst mogelijke kandidaten maken, die deze materialen in zulke krachtige supergeleiders veranderen. Bij deze materialen de elektronen transformeren in eigenaardige quasideeltjes waarvan de kenmerken eigenlijk veel beter verenigbaar zijn met paren, daarmee hun experimentele gedrag rechtvaardigen. Echter, het stopt hier niet:"In dit werk hebben we ook aangetoond dat een nieuw type slecht metaal dat wordt gekenmerkt door een eigenaardig type afstoting, genaamd 'Hund's metaal, ' opent interessante perspectieven op het gebied van supergeleiding. onze resultaten, concluderen de wetenschappers, "verklaar nauwkeurig en elegant een hoeveelheid experimenteel bewijs in de klasse van ijzerhoudende supergeleiders, een relatief nieuw type materiaal dat in 2008 werd ontdekt maar waarvan de ongekende eigenschappen nog steeds een onderzoeksgebied zijn vol vragen voor wetenschappers."