Ново свръхпроводимо състояние: Откритие, което може завинаги да промени технологиите

Досега материалите можеха да достигнат свръхпроводимост само при температури, близки до абсолютната нула, но изследователите не са загубили надежда, че един ден ще открият високотемпературни свръхпроводници. Смята се, че появата им ще открие напълно нови възможности в области като квантовите компютри, енергетиката и медицинските технологии. Новото състояние на свръхпроводимост, открито от екип учени от САЩ, е важна стъпка в тази посока.

Свръхпроводимостта е квантово физическо състояние, при което металът е в състояние перфектно да провежда електричеството, без никакво съпротивление. В ежедневието го използваме, когато се подлагаме на изследване в апарат за ядрено-магнитен резонанс.

В обикновените метали отделните електрони се сблъскват с йоните, докато се движат през решетъчната структура на метала от противоположно заредени йони. При всеки сблъсък електроните губят енергия, което увеличава електрическото съпротивление. В свръхпроводниците обаче електроните взаимодействат помежду си и могат да образуват т.нар. двойки на Купър, пише Phys.

Докато електроните остават в определен относително малък диапазон от енергийни нива, известен като енергийна празнина, електроните остават в двойка и не губят енергия при сблъсъците. Именно в рамките на тази относително малка енергийна празнина възниква свръхпроводимостта. Обикновено енергийната разлика на свръхпроводника в даден материал е еднаква навсякъде. Но от 60-те години на миналия век учените започват да предполагат, че енергийната разлика в някои свръхпроводящи материали може да е нехомогенна: в някои области е по-силна, отколкото в други. По-късно, вече през нашия век, тази идея беше доразвита под формата на хипотетичното състояние на вълни със сдвоена плътност (PDW): възможността за свръхпроводящо състояние, в което енергийната разлика може да се променя в резултат на специална вълна от електрони.

Екип физици от Калифорнийския технологичен университет, работейки с възможно най-тънките люспи на свръхпроводник на основата на желязо, откриха модулация на свръхпроводящата празнина с най-малката възможна дължина на вълната, съответстваща на разстоянието между атомите в кристала. Те нарекоха това състояние модулация на плътността на двойките на Куйпер. Това означава, че стойността на енергийната празнина в някои точки на свръхпроводника се увеличава с 40% в сравнение с останалите.

Според учените те са получили най-категоричното досега експериментално доказателство за съществуването на модулация на енергийната празнина в атомарен мащаб.

И още американските физици направиха голяма крачка към разбирането на явлението свръхпроводимост, като за първи път измериха свръхфлуидната твърдост в „магическия“ графен – листове въглероден материал с дебелина един атом, подредени по определен начин един върху друг.

Графенът, открит през 2004 г., продължава да удивлява учените със своите свойства: здравина, издръжливост, електро- и топлопроводимост. През 2018 г. физиците установиха, че ако се поставят два листа графен един върху друг с малко отместване, те ще имат напълно нови свойства. В този материал Куперовите двойки електрони образуват свръхфлуид, способен да тече без съпротивление. С други думи, магическият графен става свръхпроводим.