Laserpulser afslører fremtidens superledere

Et eksperiment på forkant med kondenseret fysik og materialevidenskab har afsløret, at drømmen om mere effektivt energiforbrug kan blive til virkelighed. Et internationalt samarbejde ledet af forskerne ved Italiens internationale skole for avancerede studier (SISSA) i Trieste, Università Cattolica di Brescia og Politecnico di Milano brugte skræddersyede laserpulser til at snappe de elektroniske interaktioner i en forbindelse indeholdende kobber, ilt og vismut. De var således i stand til at identificere den tilstand, for hvilken elektronerne ikke afviser hinanden, det er en væsentlig forudsætning for at strøm kan strømme uden modstand. Denne forskning åbner nye perspektiver for udviklingen af ​​superledende materialer med applikationer inden for elektronik, diagnostik og transport. Undersøgelsen er netop blevet offentliggjort i Naturfysik .

Ved hjælp af sofistikerede laserteknikker til at undersøge det såkaldte ikke-ligevægtsregime, forskerne fandt en innovativ måde at forstå egenskaberne ved en særlig klasse materialer. SISSA-teamet behandlede de teoretiske aspekter af forskningen, mens I-LAMP-laboratorierne fra Università Cattolica del Sacro Cuore (Brescia) og Politecnico di Milano koordinerede den eksperimentelle side.

"En af de største hindringer for at udnytte superledning i daglig teknologi er, at de mest lovende superledere har tendens til at blive isolatorer ved høje temperaturer og lave dopingkoncentrationer, "forklarede forskerne." Dette skyldes, at elektronerne har en tendens til at frastøde hinanden i stedet for at parre sig og bevæge sig i retning af den nuværende strøm. "For at studere dette fænomen forskerne fokuserede på en specifik superleder med meget komplekse fysiske og kemiske egenskaber, består af fire forskellige elementer, herunder kobber og ilt. "Ved hjælp af en laserpuls, vi drev materialet ud af dets ligevægtstilstand. Et sekund, ultrakort puls satte os derefter i stand til at adskille de komponenter, der kendetegner interaktionen mellem elektronerne, mens materialet var ved at vende tilbage til ligevægt. Metaforisk, det var som at tage en række øjebliksbilleder af materialets forskellige egenskaber på forskellige tidspunkter. "

Gennem denne tilgang, forskerne fandt ud af, at "i dette materiale, frastødningen mellem elektronerne, og derfor deres isolerende egenskaber, forsvinder selv ved stuetemperatur. Det er en meget interessant observation, da dette er den væsentlige forudsætning for at gøre et materiale til en superleder. "Hvad er det næste trin i at opnå dette?" Vi vil kunne tage dette materiale som udgangspunkt og ændre dets kemiske sammensætning, for eksempel, "forklarede forskerne. Efter at have opdaget, at forudsætningerne for at producere en superleder ved stuetemperatur eksisterer, forskere har nu nye værktøjer til rådighed til at finde den korrekte opskrift:ved at ændre et par ingredienser, de er måske ikke for langt væk fra den rigtige formel.

Dens applikationer? Det magnetiske felt, der genereres ved at føre en strøm gennem en superleder, kan bruges til en ny generation af magnetiske levitationstog som det, der allerede forbinder Shanghai med sin lufthavn, med langt bedre ydeevne og effektivitet. I diagnostik, det ville være muligt at generere meget store magnetfelter i ekstremt små rum, hvilket gør det muligt at udføre magnetisk resonansbilleddannelse med høj nøjagtighed i meget lille skala. Inden for energitransport eller mikroelektronik, Højtemperatur superledere ville give ekstremt høj effektivitet og, på samme tid, betydelige energibesparelser.