Συναρπαστικοί καιροί για τους υπεραγωγούς

Από σελίδα του PhysicsWeb και του Yahoo!News 26-Φεβρουαρίου-2001

Ιάπωνες και Αμερικανοί ερευνητές δημιούργησαν ένα πρωτοποριακό κράμα μαγνησίου και βορίου, το οποίο παρουσιάζει υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασίες σημαντικά υψηλότερες από οποιοδήποτε άλλο μεταλλικό κράμα και θα μπορούσε ίσως να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή εξαιρετικά γρήγορων υπολογιστών.

Η κοινότητα των φυσικών ζαλίστηκε τον Ιανουάριο όταν ανακάλυψε ο Jun Akimitsu του Πανεπιστημίου Aoyama-Gakuin στο Τόκιο μαζί με συναδέλφους του άλλων Πανεπιστημίων, όπως ο Sergei Budko του εργαστηρίου Αmes του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Iowa των ΗΠΑ, την υπεραγωγιμότητα σε μια απλή μεταλλική ένωση σε 38ο Κ - δύο φορές το προηγούμενο ρεκόρ για έναν μεταλλικό υπεραγωγό. Συγκεκριμμένα η ηλεκτρική αντίσταση του νέου υλικού εξαφανίζεται σε θερμοκρασία -198,3 έως -197,7 βαθμούς Κελσίου, καταρρίπτοντας έτσι το προηγούμενο ρεκόρ υπεραγωγιμότητας για μεταλλικά υλικά των -214,4 βαθμών Κελσίου.

Η ομάδα του Akimitsu δημοσιεύει τη μέθοδό της και τα αποτελέσματα της αυτή η εβδομάδα, αν και διάφορες ομάδες ήδη έχουν ελέγξει ότι το διβορίδιο του μαγνήσιου μπορεί πράγματι να υποστηρίξει την χωρίς αντίσταση ροή του ρεύματος (Nature 410 63). Τα στοιχεία τώρα αποδεικνύουν ότι - αντίθετα προς τις αρχικές προσδοκίες - η παραδοσιακή θεωρία Bardeen-Cooper-Schrieffer της υπεραγωγιμότητας μπορεί να εξηγήσει τη νέα επίδραση.

Η θεωρία Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) περιγράφει πώς οι θερμικές δονήσεις του δικτυωτού πλέγματος κρυστάλλου ενός υπεραγωγού - γνωστών ως φωνόνια (phonons) - επιτρέπουν στα ζευγάρια των ηλεκτρονίων να ταξιδεψουν μέσω του υπεραγωγού χωρίς να συναντήσουν ηλεκτρική αντίσταση. Σχετίζει επίσης τη μάζα των ατόμων στο δικτυωτό πλέγμα με την υπεραγωγική θερμοκρασία μετάβασης - η θερμοκρασία κάτω από την οποία το υλικό άγει ηλεκτρισμό χωρίς αντίσταση. Ο Sergei Bud'ko και οι συνάδελφοι του στο εργαστήριο Αmes   διαπίστωσαν ότι θα μπορούσαν να τροποποιήσουν - και να αυξήσουν ακόμη - τη θερμοκρασία μετάβασης της ένωσης με τη χρησιμοποίηση διαφορετικών ισοτόπων του βορίου. Αυτό δηλώνει έντονα ότι η υπεραγωγιμότητα στο διβορίδιο του μαγνήσιου κυβερνάται από την θεωρία BCS, αν και είναι ακόμα δυνατό ότι μια άγνωστη επίδραση συζεύξεων μεταξύ των ζευγαριών των ηλεκτρονίων μπορεί να είναι αφανής.

Νέα έρευνα εμφανίζεται στο αρχείο του Los Alamos κάθε ημέρα δεδομένου ότι οι φυσικοί σε όλο τον κόσμο φωνάζουν να καθιερώσουν τις ιδιότητες του πρόσφατα ανακαλυφθέντος υπεραγωγού. Οι έρευνες σχετικά με το διβορίδιο του μαγνήσιου κυμαίνονται από τις θεωρητικές - συμπεριλαμβανομένης της κρίσιμης πυκνότητας ρεύματος και των κβαντικών χαρακτηριστικών του - έως τις εφαρμογές, παραδείγματος χάριν, τη δυνατότητά τους να διαμορφωθούν καλώδια και ταινίες. Οι μελλοντικές μελέτες μπορούν να εστιαθούν στο κυνήγι για την υπεραγωγιμότητα σε παρόμοιες ενώσεις. Ο Paul Canfield και η ομάδα του από το Αmes  επίσης έχουν διαπιστώσει ότι οι υπεραγωγοί διβοριδίου του μαγνήσιου με τη μορφή καλωδίων, αυξάνουν τις ελπίδες ότι το υλικό αυτό είναι το κλειδί στις υπεραγωγικές συσκευές του μέλλοντος.

Η ηλεκτρική αντίσταση του νέου υλικού εξαφανίζεται σε θερμοκρασία -198,3 έως -197,7 βαθμούς Κελσίου, καταρρίπτοντας έτσι το προηγούμενο ρεκόρ υπεραγωγιμότητας για μεταλλικά υλικά των -214,4 βαθμών Κελσίου.

Σύμφωνα με τον καθηγητή του Πανεπιστημίου του Prinston Robert Cava, οι ερευνητές έχουν πάψει να εργάζονται με μεταλλικά υπεραγώγιμα υλικά τα τελευταία 15 χρόνια και προσπαθούν να βελτιώσουν και να αξιοποιήσουν υλικά που περιέχουν οξυγόνο (κεραμικά υλικά).

Τα οξυγονούχα υλικά έχουν το πλεονέκτημα ότι παρουσιάζουν υπεραγωγιμότητα σε υψηλότερες θερμοκρασίες, μέχρι και -77 βαθμούς Κελσίου, αλλά η κατασκευή και η αξιοποίησή τους παρουσιάζουν δυσεπίλυτα τεχνικά προβλήματα.