Υπεραγωγιμότητα: Ολοένα και σε υψηλώτερη θερμοκρασία.

PhysicsWeb 13 Σεπτεμβρίου 2000

TlBa₂Ca₄Cu₅O₁₃

Οι Φυσικοί ανέπτυξαν ένα νέο υπεραγώγιμο υλικό υψηλής θερμοκρασίας, που μπορεί να υποστηρίξει μεγάλες πυκνότητες ρευμάτων υπερβαίνοντας οτιδήποτε άλλο που είχε αναφερθεί μέχρι τώρα. Ο German Hammerl στο Πανεπιστήμιο του Augsburg στη Γερμανία και συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο της Twnte στην Ολλανδία έχουν παράγει μία πολυ-στρωμική δομή που παρέρχεται το πρόβλημα που υπήρχε επί μακρόν της απώλειας του ρεύματος στις υψηλές θερμοκρασίες.

Η ανακάλυψη της υπεραγωγιμότητας στις υψηλές θερμοκρασίες το 1986 έδωσε ελπίδες πως υπεραγώγιμα καλώδια χωρίς απώλειες θα ήταν ικανά να λειτουργήσουν σε θερμοκρασίες υγρού αζώτου. Προηγουμένως, οι υπεραγωγοί έπρεπε να ψυχθούν   με υγρό ήλιο, που είναι πιό δαπανηρό.
Αλλά οι ερευνητές αμέσως βρήκαν πως οι νέοι πολυκρυσταλλικοί υπεραγωγοί θα υποστήριζαν μόνο ακραίες χαμηλές πυκνότητες ρευμάτων σε αυτή τη θερμοκρασία. Αυτό το γεγονός είναι αποτέλεσμα του μεγάλου βαθμού της κακής ευθυγράμμησης μεταξύ των ατομικών κρυστάλλων στους υπεραγωγούς. Περαιτέρω μελέτες υπέδειξαν πως η ελάττωση του οξυγόνου σε αυτές τις ευρείες περιοχές του υλικού έχει σαν αποτέλεσμα σε απώλεια των φορέων του ρεύματος, που οδηγεί έτσι στη πτώση του ρεύματος. Αυτό παρακίνησε τον G. Hammerl και τους συναδέλφους του, στην ανάπτυξη της δυνατότητας του επανα-οικισμού ή του "ντοπαρίσματος" των οριακών περιοχών με φορτισμένους φορείς για να σταματήσει έτσι την απώλεια του ρεύματος.
"Παρατηρήσαμε τις πρώτες βελτιώσεις του κρίσιμου ρεύματος λίγες ημέρες μετά την εφαρμογή της ιδέας," είπε ο Jochen Mannhart, συνάδελφος του Hammerl.

Η ομάδα παρέμβαλλε στρώσεις του υπεραγώγιμου Υτριου βάριου οξείδιου του χαλκού (YBCO) με στρώσεις  του ασβεστίου, πάχους το καθένα 25 nm. Τα ιόντα ασβεστίου είναι παρόμοια σε μέγεθος με τα ιόντα υτρίου αλλά έχουν μικρότερο θετικό φορτίο. Οταν αυτά τα ιόντα ασβεστίου πάρουν τη θέση των ιόντων του υτρίου στο YBaCuO, δρούν σαν 'θετικές οπές', που φέρουν φορτία αντίθετα σε πολικότητα με τα ηλεκτρόνια. Η ομάδα βρήκε πως οι οπές διαχέονταν κατά προτίμηση προς κοκκώδεις περιοχές γειτονικών άδειων στρώσεων και αυξάνοντας έτσι την ενδόκοκκη  ροή του ρεύματος τρείς έως έξι φορές. "Θα είναι ιδιαιτέρως διεγερτικό να μετρήσουμε τη συγκέντρωση του ασβεστίου γύρω από τις κοκκώδεις περιοχές και να καθορίσουμε την ηλεκτρονική του δομή," εξήγησε ο Mannhart, "και σχεδιάζουμε οποσδήποτε να το κάνουμε".

Ο Mannhart και οι συνάδελφοι του πιστεύουν πως οι τεχνικές τους θα μεταφερθούν στην κατασκευή υψηλής θερμοκρασίας υπεραγωγών, αλλά δίνουν έμφαση πως αν και τα αποτελέσματα είναι άκρως ενθαρρυντικά, μια βιομηχανική διαδικασία έχει ακόμη να επινοήσει τρόπους για μεγάλης κλίμακας κατασκευή.