Záhada vysokoteplotní supravodivosti rozluštěna po 30 letech

19. červen 2014

Fyzikové z britské Univerzity v Cambridge ve svém článku v posledním čísle časopisu Nature identifikovali příčinu vysokoteplotní supravodivosti (nejen) v keramických materiálech, která byla experimentálně objevena v druhé polovině 80. let minulého století.

Supravodivost je kvantově mechanický (tedy mikroskopický) jev, který se však projevuje i v okem viditelném (makroskopickém) světě. Supravodivý materiál neklade prakticky žádný odpor vůči jím procházejícímu elektrickému proudu. Neuvolňuje se přitom žádné ohmické teplo a při dopravě elektrické energie supravodičem nejsou zaznamenávány skoro žádné ztráty. Supravodivý materiál dále ze svého objemu vypuzuje magnetické siločáry, takže odpuzuje vnější magnetická pole. Během průchodu proudu supravodič sám kolem sebe vytváří velmi silné magnetické pole. U většiny klasických supravodičů přitom dochází k vytvoření dosti stabilních elektronových párů (tzv. Cooperovy páry) a právě tento jev zajišťuje jejich průchod krystalovou mřížkou materiálu bez větších energetických ztrát.

Jako první se na začátku 20. století ukázaly být supravodivými některé kovy, chlazené kapalným héliem (za teploty kolem 4 Kelvinů). O hodně později, během 80. let minulého století, se podařilo vědcům v mnoha laboratořích po celém světě připravit speciální typy keramiky, které vykazovaly supravodivé vlastnosti při chlazení kapalným dusíkem (za teplot kolem 70 - 130 Kelvinů). A v posledních letech se dokonce objevila i řada zpráv o materiálech, které jsou supravodivé za pokojových teplot. Zatím však jde stále spíše jen o výjimečné případy, které se týkají velmi atypických a nepříliš v praxi použitelných materiálů.

Podle práce doktora Suchitry Sebastiana z Cavendishovy laboratoře a jeho týmu jsou vysokoteplotní supravodivost a kýžené párování elektronů umožněny zvláštním rozdělením hustoty elektrického náboje uvnitř dotyčných materiálů těsně před vznikem supravodivého stavu. Supravodivost vzniká díky nepatrnému zvlnění hustoty elektrického náboje, protože v jistých místech materiálu vznikají zvláštní malé, pokroucené a paradoxně rozložené “kapsy”, kde se elektrony více soustřeďují.

Význam tohoto objevu tkví v poznání základního mechanismu vzniku podmínek pro vysokoteplotní suprovodivost, což vědcům umožní další nové a lepší supravodivé materiály vyvíjet plánovitě. Zatím byla práce v této oblasti do značné míry odkázána na metody typu “pokus-omyl”. Aby mohli vědci tyto kapsovité struktury v rozložení elektrického náboje odhalit a zmapovat, museli nejdříve působením velmi silného magnetického pole (kolem 100 Tesla, což je milionkrát větší veličina než v případě magnetického pole Země) supravodivost v materiálu potlačit a tím se zbavit všeho, co původní zárodečný stav maskuje. Přeskok do supravodivého stavu totiž základní stav materiálu jakoby smaže.

Zdroje: Phys.Org 1, Phys.Org 2, University of Cambridge, Nature

autor: Pavel Vachtl
Spustit audio