Forskere demonstrerer en superleder, der tidligere troede umulig

Superledning er et fænomen, hvor et elektrisk kredsløb mister sin modstand og bliver ekstremt effektivt under visse forhold. Der er forskellige måder, hvorpå dette kan ske, som man mente var uforenelige. For første gang, forskere har opdaget en bro mellem to af disse metoder til at opnå superledning. Denne nye viden kunne føre til en mere generel forståelse af fænomenet, og en dag til ansøgninger.

Der er tre velkendte tilstande af stof:fast, væske og gas. Der er en fjerde tilstand af stof kaldet plasma, som er som en gas, der blev så varm, at alle dens atomer gik fra hinanden, efterlader et supervarmt rod af subatomære partikler. Men der er en femte tilstand i den modsatte ende af termometeret kendt som et Bose-Einstein-kondensat (BEC).

"En BEC er en unik tilstand af stof, da den ikke er lavet af partikler, men snarere bølger, " sagde lektor Kozo Okazaki fra Institute for Solid State Physics ved University of Tokyo. "Når de køler ned til nær det absolutte nul, atomerne i visse materialer bliver tværet ud over rummet. Denne udtværing stiger, indtil atomerne - nu mere ligner bølger end partikler - overlapper hinanden, ikke kan skelnes fra hinanden. Det resulterende stof opfører sig som om det er en enkelt enhed med nye egenskaber, det foregående faste stof, væske- eller gastilstande mangler, såsom superledning. Indtil for nylig var superledende BEC'er rent teoretiske, men vi har nu demonstreret dette i laboratoriet med et nyt materiale baseret på jern og selen (et ikke -metallisk element). "

Dette er første gang en BEC er blevet eksperimentelt verificeret til at fungere som superleder; imidlertid, andre manifestationer af stof, eller regimer, kan også give anledning til superledning. Bardeen-Cooper-Shrieffer (BCS) regimet er et arrangement af stof, således at når det afkøles til næsten det absolutte nul, de indgående atomer sænker farten og stiller op, som tillader elektroner at passere lettere igennem. Dette bringer effektivt den elektriske modstand af sådanne materialer til nul. Både BCS og BEC kræver iskolde forhold og begge involverer atomer, der bremser. Men disse regimer er ellers ret forskellige. I lang tid, forskere har troet, at der kunne opnås en mere generel forståelse af supraledning, hvis disse regimer kunne overlappe hinanden på en eller anden måde.

"At demonstrere superledningsevnen af ​​BEC'er var et middel til et mål; vi håbede virkelig at udforske overlapningen mellem BEC'er og BCS'er, " sagde Okazaki. "Det var ekstremt udfordrende, men vores unikke apparat og observationsmetode har bekræftet det - der er en glidende overgang mellem disse regimer. Og dette antyder en mere generel underliggende teori bag superledning. Det er en spændende tid at arbejde på dette område. "

Okazaki og hans team brugte metoden til laserbaseret fotoemissionsspektroskopi med ultralav temperatur og høj energiopløsning til at observere den måde, hvorpå elektroner opførte sig under et materiales overgang fra BCS til BEC. Elektroner opfører sig forskelligt i de to regimer, og ændringen mellem dem hjælper med at udfylde nogle huller i det større billede af superledning.

Superledning er dog ikke kun et laboratorie-kuriositet; superledende enheder såsom elektromagneter bruges allerede i applikationer, den store Hadron Collider, verdens største partikelaccelerator, være et sådant eksempel. Imidlertid, som forklaret ovenfor, disse kræver ultrakolde temperaturer, som forhindrer udviklingen af ​​superledende enheder, vi kan forvente at se hver dag. Så det er ingen overraskelse, at der er stor interesse for at finde måder at danne superledere ved højere temperaturer, måske en dag endda stuetemperatur.

"Med afgørende bevis for superledende BEC'er, Jeg tror, ​​det vil få andre forskere til at udforske superledning ved højere og højere temperaturer, " sagde Okazaki. "Det lyder måske som science fiction for nu, men hvis superledning kan forekomme nær stuetemperatur, vores evne til at producere energi vil stige markant, og vores energibehov ville falde."