Superprovodljivost je otkrivena 1911. godine, ali njezina svojstva i karakteristike još nisu u potpunosti proučene. Novo istraživanje o nanožicama pomaže razumjeti kako se ovaj fenomen gubi.
Problem održavanja pića hladnim u vrućem ljetu klasična je lekcija o promjeni faze. Moraju se proučiti, tvar se mora zagrijati i primijetiti promjene u njezinim svojstvima. Kad dosegnete takozvanu kritičnu točku, dodajte vodu ili toplinu - i promatrajte kako se tvar pretvara u plin (ili paru).
Sad zamislite da ste sve ohladili na vrlo niske temperature - toliko da svi toplinski učinci nestaju. Dobrodošli u kvantnu stvarnost, gdje tlak i magnetska polja ni na koji način ne utječu na nastanak novih faza! Taj se fenomen naziva kvantni fazni prijelaz. Za razliku od konvencionalnog prijelaza, kvantni prijelaz tvori potpuno nova svojstva, poput superprovodljivosti (u nekim materijalima).
Ako primijenite napon na supravodljivi metal, elektroni će putovati kroz materijal bez otpora, a električna će struja teći neograničeno, bez usporavanja ili stvaranja topline. Neki metali postaju supravodljivi na visokim temperaturama, što je važno u slučaju prijenosa snage i obrade podataka na bazi superprovodnika. Znanstvenici su taj fenomen otkrili prije 100 godina, ali sam mehanizam supravodljivosti ostaje misterij, jer je većina materijala previše složena da bi se detaljno razumjela fizika kvantnog faznog prijelaza. Stoga je najbolja strategija u ovom slučaju usredotočiti se na učenje manje složenih modelnih sustava.
Fizičari sa Sveučilišta u Utahu otkrili su da supravodljive nanožice izrađene od legure molibdena i germanija prolaze kvantne fazne prijelaze iz superprovodnog u obični metal kada se stave u obično magnetsko polje na niskim temperaturama. Ova je studija prvi put otkrila mikroskopski postupak kojim materijal gubi svoju supravodljivost: magnetsko polje razbija parove elektrona - Cooperovi parovi u interakciji s drugim parovima istog tipa - i oni doživljavaju silu prigušenja od nesparenih elektrona u sustavu.
Istraživanje je detaljno opisano u kritičkoj teoriji koju je predložio Adrian Del Maestro, docent na Sveučilištu u Vermontu. Teorija je točno opisala kako razvoj supravodljivosti ovisi o kritičnoj temperaturi, veličini magnetskog polja i orijentaciji, površini presjeka nanožice i mikroskopskim karakteristikama materijala od kojeg je izrađena. Ovo je prvi put da na polju superprovodljivosti teorija predviđa sve detalje kvantnog faznog prijelaza, a na stvarnim objektima potvrđuje u laboratoriju.
"Kvantni fazni prijelazi možda zvuče vrlo egzotično, ali promatraju se u mnogim sustavima - od središta zvijezda do atomskih jezgri, kao i od magneta do izolatora", rekao je Andrey Rogachev, docent na Sveučilištu u Utahu i vodeći autor studije. "Jednom kad shvatimo kvantne vibracije u ovom jednostavnijem sustavu, možemo razgovarati o svakom detalju mikroskopskog procesa i primijeniti ga na složenije objekte."
Promotivni video:
