Opdagelsen af ​​bismuth-superledning ved ekstremt lav temperatur bringer teorien i fare

(Phys.org) – Et team af forskere ved Tata Institute of Fundamental Research i Indien har fundet ud af, at afkøling af en prøve af bismuth til 0,00053 Kelvin fik materialet til at blive en superleder, sætter en årtier gammel teori på spil om, hvordan superledning fungerer. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Videnskab , holdet beskriver deres afkølings- og testtilgang, og hvorfor de mener, at det, de fandt, vil kræve, at fysikere genovervejer teoretisk arbejde, der beskriver de forhold, hvorunder et metal kan blive superledende.

Efter at det blev opdaget, at nogle metaller kan være superledende under visse forhold (tilbage i 1911), videnskabsmænd har arbejdet hårdt på at prøve at forstå, hvordan de fungerer, så de kan drage fordel af dem. Der er gjort store fremskridt - superledning er nu almindeligt brugt i nogle enheder såsom partikelacceleratorer - men det endelige mål er endnu ikke nået - at finde et metal, der er superledende ved stuetemperatur. I denne nye indsats, forskerne så på bismuth - et sprødt rødgråt metal, der var blevet afvist som en mulig superleder, fordi det har så lille en bærertæthed (en mobil elektron deles af 100, 000 atomer).

For at teste metallet, holdet borede huller i en sølvstang og skubbede derefter vismutkrystaller ind i dem. De dækkede derefter stangen med et magnetisk skjold, der blev brugt til at passere et magnetfelt over vismutprøverne. Sensorer i skjoldet var følsomme nok til at opfange magnetfeltændringer ned til 10 ^-18 Tesla. Holdet afkølede derefter den konstruktion, de havde lavet, holde øje med det punkt, hvor det magnetiske felt omkring vismutprøverne steg (en indikator for Meissner-effekten) - det punkt nåede til 0,00053 Kelvin, afslører, at metallet kan forårsages til at være en superleder, når det gøres koldt nok.

Resultatet af holdet har kastet tvivl om pålideligheden af ​​Bardeen-Cooper-Schrieffer-teorien, fordi metallet ikke har nok elektroner til at give mulighed for partnerskab - det middel, hvorved de fleste halvledere fungerer uden modstand. Den repræsenterer nu også superlederen med den laveste bærertæthed. Teamets arbejde viser også, at på trods af en betydelig indsats, der er lagt i at studere superledning, det er stadig ikke særlig godt forstået.

© 2016 Phys.org