Mekanismen for høj temperatur superledningsevne findes

Den russiske fysiker Viktor Lakhno fra Keldysh Institute of Applied Mathematics, RAS betragter symmetriske bipolaroner som grundlag for høj temperatur superledning. Teorien forklarer de seneste eksperimenter, hvor en superledning blev opnået i lanthanhydrid LaH ₁₀ ved ekstra højt tryk ved næsten stuetemperatur. Resultaterne af undersøgelsen er offentliggjort i Physica C:Superledning og dens anvendelser .

Superledelse indebærer et totalt fravær af elektrisk modstand i materialet, når det afkøles til en kritisk temperatur. Heike Kamerlingh Onnes var den første til at observere, at når kviksølvtemperaturen falder til -270 ° C, dets modstand falder med en faktor 10, 000. At afsløre, hvordan man opnår dette ved højere temperaturer, ville have revolutionerende teknologiske anvendelser.

Den første teoretiske forklaring på superledning på mikroskopisk niveau blev givet i 1957 af Bardeed, Cooper og Schrieffer i deres BCS -teori. Imidlertid, denne teori forklarer ikke superledelse over det absolutte nul. Ved udgangen af ​​2018, to forskergrupper opdagede, at lanthanhydrid LaH ₁₀ bliver superledende ved rekordhøj temperatur. Den første gruppe hævder, at overgangstemperaturen til den superledende tilstand er Tc =215 K (-56 ° C). Den anden gruppe rapporterer, at temperaturen er Tc =260 K (-13 ° C). På begge konti, prøverne var under et tryk på mere end en million atmosfærer.

Højtemperatur superledning findes i nye materialer næsten tilfældigt, da der ikke er nogen teori, der kan forklare mekanismen. I sit nye værk, Viktor Lakhno foreslår at bruge bipolaroner som grundlag. En polaron er en kvasipartikel, der består af elektroner og fononer. Polaroner kan danne par på grund af elektron-fonon-interaktion. Denne interaktion er så stærk, at de viser sig at være så små som en atomisk orbital og i dette tilfælde kaldes bipolaroner med lille radius. Problemet med denne teori er, at bipolaroner med lille radius har en meget stor masse i forhold til et atom. Deres masse bestemmes af et felt, der ledsager dem under bevægelse. Og massen påvirker temperaturen i en superledende overgang.

Viktor Lakhno konstruerede en ny translation-invariant (TI) bipolaron teori om høj temperatur superledning. Ifølge hans teori, formlen til bestemmelse af temperaturen involverer ikke en bipolaron masse, men en almindelig effektiv masse af et båndelektron, som kan være større eller mindre end massen af ​​en fri elektron i vakuum og omkring 1000 gange mindre end massen af ​​et atom. Båndmassen ændres, hvis krystalgitteret, hvori en elektron klemmes. Hvis afstanden mellem atomerne falder, massen falder, også. Som en konsekvens, overgangstemperaturen kan flere gange overstige den relevante temperatur i almindelige bipolaronteorier.

"Jeg har fokuseret på, at en elektron er en bølge. Hvis ja, der er ikke noget at foretrække i en krystal, hvor det ville være lokaliseret. Det eksisterer overalt med samme sandsynlighed. På grundlag af den nye bipolaronteori kan man udvikle en ny teori om superledning. Det kombinerer alle de bedste funktioner i moderne forestillinger, ”siger Viktor Lakhno.