Het einde van het absolute nulpunt: supergeleiding werkt bij veel hogere temperaturen

Wat als supergeleiding eindelijk bij kamertemperatuur zou kunnen worden bereikt? Het is voor veel natuurkundigen een echte droom, maar dit ideaal wordt momenteel beperkt omdat geleiding zonder energieverlies alleen bij zeer lage temperaturen wordt bereikt. Tegenwoordig moeten we dicht bij het absolute nulpunt komen en onder de -240 graden Celsius komen om dit fenomeen waar te nemen.

Wetenschappers van Stanford University (Californië, VS) zijn er echter in geslaagd een belangrijk proces van supergeleiding bij veel hogere temperaturen na te bootsen, wat erop wijst dat Space.com-website. Hun ontdekking, gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappenHij toonde aan dat twee elektronen kunnen paren bij -123°C.

Een pad om de synchronisatie van elektronenparen beter te begrijpen

Elektronische koppeling is een voorwaarde voor het ontstaan ​​van supergeleiding. Tot nu toe is verliesloze elektriciteitsstroom echter alleen waargenomen bij temperaturen die ongeveer honderd graden lager zijn. Als aan deze initiële voorwaarde echter wordt voldaan, kan het nog een lange weg zijn om supergeleiding bij -123°C in te zetten.

De rest staat onder deze advertentie

“De vaders van elektronen vertellen ons dat ze klaar zijn om supergeleiders te worden, maar iets houdt hen tegen.”Details binnen persbericht Qijun Xu, co-auteur van de studie en student toegepaste natuurkunde aan Stanford University. “Als we een nieuwe manier kunnen vinden om paren te synchroniseren, kunnen we die toepassen op het bouwen van supergeleiders met een hogere temperatuur.”

Supergeleiding werkt vanuit de rimpelingen die achterblijven als gevolg van de beweging van elektronen in zogenaamde supergeleidende materialen. Wanneer de temperatuur laag genoeg is, zullen deze rimpelingen elektronen naar elkaar toe trekken. Maar dit mechanisme is in tegenspraak met het natuurkundige principe dat zegt dat twee negatieve ladingen elkaar afstoten.

De rest staat onder deze advertentie

Een fenomeen waarbij de kwantummechanica betrokken is

Het fenomeen supergeleiding leidt echter tot een vreemde reactie: de vorming van een ‘Cooper-paar’. Wanneer twee elektronen op deze manier met elkaar worden verbonden, volgen ze niet de regels van de klassieke natuurkunde, maar nemen ze gedrag over dat wordt beheerst door de kwantummechanica.

Cooper-paren kunnen worden vergeleken met lichtdeeltjes, waarvan een oneindig aantal tegelijkertijd hetzelfde punt in de ruimte kan bezetten. Zodra een materiaal voldoende Cooper-paren bevat, wordt het superfluïdum. Dit betekent dat elektronen er doorheen kunnen reizen zonder energie te verliezen als gevolg van elektrische weerstand.

In hun onderzoek gebruikten de wetenschappers van Stanford University koper, een van koper afgeleid materiaal. Bij blootstelling aan UV-licht reageerde het materiaal niet zoals verwacht. In plaats van elektronen uit het materiaal te strippen, weerstonden de Cooper-paren de blootstelling aan fotonen, waardoor een zeer klein energieverlies uit het materiaal ontstond. Het fenomeen van elektronenweerstand herhaalde zich tot -123°C.

De rest staat onder deze advertentie

Hoewel het onwaarschijnlijk is dat cuprates deze eigenschap bij kamertemperatuur zouden kunnen behouden, biedt deze ontdekking een bijzonder veelbelovende onderzoeksrichting. Het onderzoeksteam van professor Zhi-Xun Shen, de hoofdauteur van het onderzoek, plant al nieuwe onderzoeken. Ze willen vooral de paring van elektronen beter begrijpen.