Ez a munka 1975-ben kezdődött, a Moszkvai Elektronikai Technológiai Intézet diplomaprojektjének befejezése során. Ezután egy filmaktív elemet akartam létrehozni forró elektronok felhasználásával. De amikor megismertem a Ginzburg-Kirzhnits hipotézist, amelyet 1963-ban javasoltak, rájöttem, hogy a szendvicsek, amelyeket meg kellett készítenem, pontosan megfelelnek ennek a hipotézisnek.

1957-ben Bardeen-Cooper-Schrieffer megalkotta a szupravezetés elméletét, ahol a szupravezetés jelenségében a főszerepet a fononokkal való kölcsönhatás révén párosított elektronok képződésének tulajdonították, és a fém szupravezető állapotba való átmenetének kritikus hőmérsékletét a a fononok bizonyos jellemző hőmérséklete. Ez a jellemző hőmérséklet megközelítőleg megegyezik a fononok Debye hőmérsékletével, és a fém szupravezető állapotba való átmenetének kritikus hőmérsékletét a következő képlet határozza meg:

ahol g az elektronok közötti vonzási erővel arányos állandó. Mivel a fononok Debye-hőmérséklete nem haladhatja meg a több száz fokot, a szupravezetés fononmechanizmusának akkori durva becslése azt mutatta, hogy a fononmechanizmus kritikus hőmérséklete nem haladhatja meg a 25°K-t. Ezért Ginzburg-Kirzhnits más részecskék párosítását javasolta. elektronok, például elektron-exciton típusok. Mivel az excitonok Debye-hőmérséklete több ezer, sőt több tízezer fok is lehet, durva elméleti számítások kimutatták, hogy a fém szupravezető állapotba való átmenetének excitonikus mechanizmusának kritikus hőmérséklete elérheti a 300 °K-ot vagy többet, ami megfelel szobahőmérsékletre és magasabbra. Így született meg a Ginzburg-Kirzhnitz szendvics konstrukciója a szupravezetés gerjesztő mechanizmusára, amit az 1. ábrán láthatunk, bár most már biztosan tudom, hogy egy ilyen szendvicsben az elektronpárosodás soha nem jön létre excitonokkal való kölcsönhatás révén.

1. ábra Szendvics a szupravezetés gerjesztő mechanizmusához.

Sőt elmondhatom, hogy a magas hőmérsékletű szupravezetés excitonikus elméletének kidolgozása során az elektronhullámfüggvények számításánál pontatlanság történt, így az exciton mechanizmus kritikus hőmérséklete nem csak a szobahőmérsékletet érheti el, hanem többször is meghaladhatja. alkalommal. Akkoriban volt alkalmam találkozni a magas hőmérsékletű szupravezetés elméletének egyik kidolgozójával. Amikor megkérdeztem tőle, létrejöhet-e a szupravezetés excitonikus mechanizmusa egy olyan szerkezetben, amely több atomközi távolságot mérő fémgolyókból áll, amelyeket vékony dielektrikumréteg vesz körül, és atomi távolságra van összenyomva. Azt válaszolta, hogy az ilyen szerkezetekben kell ezt betartani. Azóta kezdett többrétegű szendvicseket készíteni, amelyekben a fő réteg a fent említett szerkezettel rendelkezett. A dolgozat végén azt tapasztaltam, hogy több mintán az áram-feszültség karakterisztikákban áramugrások vannak, amelyek vezetőképessége egy adott feszültség mellett nagyságrenddel változik. Ezt mutatja a 2. ábra. A 3. ábra a szupravezető-szigetelő-szupravezető szerkezetek tipikus jellemzőjét mutatja.

2. ábra V.A.H. mért minták 1976-ban

3. ábra Szerkezetek jellemző áram-feszültség jellemzői szupravezető szigetelő szupravezető.

Az áram-feszültség karakterisztikának ilyen viselkedése a vizsgált jelenségekben csak a szupravezető-szigetelő-szupravezető szerkezetekben létezik (S - I -S). Ismét találkoztam a magas hőmérséklet elmélet egyik kidolgozójával, akit sikerült meggyőznöm arról, hogy ilyen jellemzőket a szerkezetek adhatnak.S-I-S. Nem hitt ezekben az eredményekben, mivel elméletileg bebizonyították, hogy a szupravezetés gerjesztő mechanizmusát gyakorlatilag lehetetlen megvalósítani a gyakorlatban, hiszen a fémnek 5Å vastagságúnak kell lennie, ez pedig egy atomréteg, amit lehetetlen megszerezni. De az elmélet az elmélet, és a gyakorlat marad az igazság kritériuma.

Arra gondoltam, hogy miután megbízásból megérkeztem Voronyezsbe, azonnal folytathatom a munkát. A sors azonban másként alakult. És amikor 1987-ben olvastam a cikket. a szupravezető kerámia felfedezéséről, ahol azt írták, amikor Müller a Bednorzba érkezett, és megkérdezte, hogyan lehet létrehozni egy olyan szerkezetet, amely több interatomikus méretű fémgolyókból áll, amelyeket vékony dielektrikumréteg vesz körül, és atomi távolságra vannak összenyomva. Erre a kerámia szinterezésével válaszolt. Így született meg a szupravezető kerámia, a kritikus hőmérséklet, amely ekkor elérte a 112°K-t, utána azt hittem, hamarosan szobahőmérsékletűek lesznek. Csak az vigasztalt egy kicsit, hogy a mintákat nem kerámiák szinterezésével, hanem természetes termesztéssel, bizonyos környezetben nyerték. Ezen üzenet után teljesen felhagytam a szupravezetéssel. De majdnem húsz év telt el a szupravezető kerámia felfedezése óta, és nem érkezett jelentés a szobahőmérsékletű szupravezetés felfedezéséről.

2002 decemberében Felmerült bennem az ötlet, hogy még egyszer megvizsgáljam a közel 30 évvel ezelőtt készült mintákat. Bementem a garázsba, kinyitottam a diákom bőröndjét, és bevittem a laboratóriumba. És most arról, hogy mit láttam rajtuk.

ábrán.4 , rizs.5 , rizs.6 , három grafikont lát és VAC., Felfélig mit1976-ban született, a központban van egy tipikus áram-feszültség karakterisztika. szerkezetekhez S-I-S,Az alján CVC. 2002-ben mért minták

4. ábra V.A.H. mért 1976-ban

5. ábra Tipikus V.A.H. S-I-S szerkezetek.

6. ábra V.A.H. mért 2002-ben

Mindegyiknek három jellemző szakasza van, kezdetben nagy ellenállással, majd amikor a feszültség eléri a 2Δ / e , egy áramugrás, a harmadik pedig, mint a hagyományos alagútépítésnél fém-szigetelő-fém szerkezetekben. De ha a kapott jellemzők a szupravezetés jelenségéhez kapcsolódnak, akkor kell lennie egy kritikus hőmérsékletnek, amelynél a szupravezetés eltűnik. A minták egyenáramú forráshoz való csatlakoztatásakor az áram-feszültség karakterisztikán. gesztirézis hurok figyelhető meg. Ezenkívül a gesztirézis szélessége a hőmérséklet függvénye, és egy kritikus hőmérsékleten nullával egyenlő. A 7. ábrán a gesztirézis szélességének hőmérséklettől való függése látható.

7. ábra A gesztirézis szélességének függése a hőmérséklettől:

a) 77 °K-on, b) 300 °K-on, c) 620 °K-on.

Feltételezhető, hogy az ilyen összetett réteges szendvicsekben a hiszterézist mobil ionok okozhatják. De ebben az esetben a hőmérséklet csökkenésével a gesztirézis szélességének csökkennie kell, mivel az ionok mobilitása csökken. A 7. ábra grafikonjain pedig az ellenkező képet látjuk: csökkenő hőmérséklet mellett nő a gesztirézis szélessége, ami csak a szerkezetekre jellemző. S-I-S. Ezen eredmények alapján arra a következtetésre juthatunk, hogy a vizsgált minták szupravezető állapotába való átmenet kritikus hőmérséklete megközelítőleg 620°K. vagy 350 °C.

Ha ezek a minták szupravezetők, akkor Josephson-effektusnak jelen kell lennie rajtuk. A minta részekre osztásával olyan területeket azonosítottunk, ahol a fémek közötti dielektrikum vastagsága nem haladja meg a 20 Å-t. Kiválasztott minták görbenyomtatókon mérésekor, 50 Hz frekvenciájú váltakozó feszültség alkalmazásakor. ellipszist figyeltek meg a képernyőn. Ezt láthatja a 8. ábrán

8. ábra. Ellipszis váltakozó feszültségen.

9. ábra. Ellipszis plusz impulzusoklépés generátor.

Ahogy egy moszkvai professzor mondta nekem: az ellipszisben, mint ellipszisben nincs semmi érdekes. Valójában a megfelelő geometriai alakja van, és magában az ellipszisben nincs semmi érdekes. Az érdekes az, hogy a karakterrajz képernyőjén hogyan sikerült megszerezni. Kétféleképpen lehet ellipszist szerezni: egy jelforrásból egy R-C láncon keresztül vagy két jelforrásból. Az első opciót számítógépes program segítségével szimulálták. Ahogy az ellipszis megközelítette a függőleges vagy vízszintes tengelyt, az ellipszis egyenes vonallá fajult. És ahogy a 8. ábrán látható, az ellipszis majdnem vízszintes. Ez azt jelenti, hogy az ellipszist két jelforrás felhasználásával kaptuk. Ha az egyik jelforrás egy görbe nyomkövető, akkor a második jelforrás csak a vizsgált minta lehet. Ha megnézed az ábrát. 9. ábrán egy másik görbenyomón, majd a lépésgenerátor bekapcsolásakor a lépésgenerátor impulzusait figyeljük meg az ellipszisen. A minta úgy viselkedik, hogy bármilyen jelet kap, azt generálja. Tudom, hogy semmit sem tudunk a Josephson csomópontok alacsony frekvenciájú generálásáról. De ezt könnyű ellenőrizni azok számára, akiknek lehetőségük van ezekkel az átmenetekkel dolgozni. Elegendő az egyik szupravezetőt a kapacitáson keresztül csatlakoztatni, és a görbe-karakter képernyőn ellipszist és impulzusokat, valamint minden egyéb jelet fogunk látni, ami a görbe-karakterben használatos.

A minták egyenáramú vizsgálatához a kapacitást eltávolítottuk. A mintát egyenáramú forrásként csatlakoztattuk a görbenyomtatóhoz. Ennek eredményeként a mintán nulla feszültség mellett egyenáram folyt át rajta. Ezt láthatja a 10. ábrán. A szupravezetésben az ilyen áramot állandó szupravezető Josephson-áramnak nevezik, és a Cooper-párok alagútja okozza, amikor a fáziskoherenciájukat megsértik.

10. ábra. Szupravezető áram, nulla feszültségnél a mintán.

11. ábra. A szupravezető áram függése a mágnesességtől mezőket.

12. ábra. EllenőrzésVal velszupravezető Áramütés

Ha ez szupravezető áram, akkor mágneses térben diffrakciós mintát kell adnia. A kísérletet állandó mágnesekkel végeztük, a mágnes és a minta távolsága változott. Az áramerősséget a mágnes és a minta távolságának függvényében mértük. A kapott eredményeket a 11. ábrán láthatja. A balra dőlés a szupravezetés elmélete szerint a saját mágneses mező hozzáadásával jár a külső térhez, ami a csomóponton átmenő nagy áramok esetén következik be. Azonnal szeretném elmondani, hogy a szendvicset alkotó rétegek külön-külön történő vizsgálatakor a fenti jellemzők egyike sem volt megfigyelhető. Ezért feltételezhető, hogy a Cooper-párok a fő réteg elektronjainak és egy másik réteg részecskéinek kölcsönhatása révén jönnek létre. Talán ez egy exciton mechanizmus. És ha ez így van, akkor a szendvicsben található további fémelektróda segítségével a szupravezető áram könnyen szabályozható. Amikor a lépésgenerátor impulzusait a kiegészítő elektródára vittük, a kimeneti jellemzők családja megjelent a görbediagram képernyőjén. Ezt láthatja a 12. ábrán. A tranzisztor kimeneti jellemzőinek családjára hasonlít. Ezért a szupravezető áram vezérlésének hatásával lehetőség nyílik az elektromos jelek átalakítására és erősítésére szolgáló aktív elemek létrehozására. Az ezzel az effektussal létrehozott eszközök 0°K-tól kezdve képesek működni. 620°K-ig. és 100 GHz feletti frekvenciákon. Így a 12. ábrán az elektromos jelek átalakítására és erősítésére szolgáló első szupravezető aktív eszköz jellemzői láthatók.

És most a mikrohullámú elektromágneses hullámok abszorpciójának és kibocsátásának vizsgálatáról. A mintát feszültségforrásként csatlakoztattuk a görbenyomtatóhoz. A Josephson csomópont kezdeti szakasza a 13. ábrán látható.

13. ábra Az áram-feszültség karakterisztika kezdeti metszete.

14. ábra Áram-feszültség karakterisztika. amikor ki vannak téve Mikrohullámú elektromágneses hullámok.

15. ábra. A fő réteg felépítése.

A szakasz elején hiszterézis figyelhető meg, melynek szélessége a mágneses tértől függ. Mágneses mező alkalmazásakor a gesztirézis szélessége megnő. Ezt az átmenetet mikrohullámoknak tették ki. sugárzást, és az eredményeket az ábra mutatja be. 14. Mint látható, az elektromágneses hullámok abszorpciója következtében egy vízszintes lépcső alakult ki. Ennek a lépésnek a nagysága voltban összefügg a besugárzás frekvenciájával, az elektron töltésével és a Planck-állandóval. A Planck-állandó előzetes mérései és számításai azt mutatják, hogy értéke 0,02 százalékos pontossággal esik egybe a táblázat értékével. A pontosság növelése érdekében kalibrált mérőműszerekre van szükség. És most az elektromágneses hullámok sugárzásáról. Ha növeljük a mintán átfolyó áramerősséget, vörös-lila plazmagolyók képződnek a felszín felett, ami a levegőplazmának felel meg. Ez akkor fordul elő, amikor a kibocsátott mikrohullámok intenzitása. Az elektromágneses hullámok elérik a levegőmolekulák ionizálásához elegendő értéket. A plazmagyöngyök képződése következtében a minta felületén nyom képződik, amely kissé feltárja a szendvics fő rétegének anyagának szerkezetét. Ezt láthatja a 15. ábrán. A fotó nagyon nagy nagyítással készült, így a tisztaság nem túl jó.

Most beszéljük meg a kapott eredményeket. Találkoznom kellett tudósokkal és szakemberekkel. Némelyikük kontaktjelenségekkel próbálja megmagyarázni a kapott eredményeket, bár nem mondják meg, hogy melyek azok. Ezért azt szeretném mondani, hogy úgy tűnik, rosszul ismerik az érintkezési jelenségek jellemzőit és különösen az alagútjelenségeket a szerkezetekben S-I-S. Mások egyetértenek abban, hogy az összes megadott jellemző megfelel a struktúráknakS-I -S, de a szupravezetés megerősítéséhez szükséges a minták diamágneses szuszceptivitásának mérése, mivel a szupravezető állapotba való átmenet során minden anyag erős diamágnesessé válik. Egyetértek ezzel. De közelítsük meg ezt a kérdést a másik oldalról. Tegyük fel, hogy az anyagok diamágneses tulajdonságait kutatjuk, nem ismerjük az eredményeket ebben a munkában, és ezek a szerkezetek jönnek hozzánk. Szobahőmérsékleten erős diamágnesességet észlelünk rajtuk, mint a szupravezetőkön. Mondhatjuk, hogy ez szupravezetés? Természetesen nem, hiszen a szupravezetés fő tulajdonsága az, amikor a vezető ellenállása nullává válik. Ha megnézed az ábrát. 10, akkor nulla feszültségnél áram folyik át a mintán. És ez csak megerősíti, hogy a minta ellenállása nulla. Ráadásul az összes Josephson-effektus csak Cooper-párok alagútjához kapcsolódik, és a vizsgált mintákban szinte az összes Josephson-effektust megfigyeljük. Ez azt jelenti, hogy vitatható, hogy a vizsgált mintákban léteznek Cooper-párok, és a Cooper-párok megléte a fő feltétele a szupravezetés létrejöttének a BCS elmélet szerint. A kutatás során kritikus hőmérsékletet és áramerősséget fedeztek fel, a mágneses térben lévő minták ugyanúgy viselkednek, mint a szupravezető-szigetelő-szupravezető szerkezetek. Ezért nem kétséges, hogy a vékony dielektrikumréteggel körülvett fémgolyók szobahőmérsékleten és magasabb hőmérsékleten szupravezető állapotban vannak. A lehető leghamarabb elvégezzük a minták diamágneses vizsgálatát. De kétségtelen, hogy a minták diamágneses tulajdonságai megegyeznek a hagyományos szupravezetőkével, mivel a természetben nincs két különböző jelenség, amely azonos tulajdonságokat mutatna. Köszönöm a figyelmet. Hálás leszek mindenkinek, aki ebben a munkában támogatást és segítséget nyújthat.

Irodalom:

1. Ginzburg V.L., Kirzhnits D.A. A magas hőmérsékletű szupravezetés problémája - M.: Nauka, 1977. – 400 p.

2.Bukkel V. Szupravezetés. – M.: Mir, 1975.-364 p.

3. Solimar L. Alagúthatás szupravezetőkben. – M.: Mir, 1974.- 428 p.

4. Derunov V. Weboldal

Illusztráció szerzői jog Thinkstock Képaláírás A szupravezetők felhasználhatók elektromos hálózatok létrehozására

Körülbelül -270 Celsius fokon egyes fémek ellenállás nélkül engedik át az elektromos áramot. A tudósok azonban megtanulták elérni a szupravezetést magasabb hőmérsékleten, körülbelül 130 Kelvin (-143 Celsius) hőmérsékleten, és ne hagyják abba, azt hiszik, hogy ez az értékes tulajdonság szobahőmérsékleten is reprodukálható.

A szupravezetőket az ellenállás teljes hiánya jellemzi. Az úgynevezett I. típusú szupravezetők teljesen kiszorítják a mágneses teret.

A hasonló II-es típusú anyagok egyszerre teszik lehetővé a szupravezetés és az erős mágneses tér jelenlétét, ami rendkívül szélessé teszi alkalmazási körüket.

Mi a szupravezetés?

Magát a jelenséget Heike Kammerling-Ottes holland kémikus és fizikus írta le 1911-ben. Két évvel később Nobel-díjat kapott.

A szupravezetés fogalma először Lev Landau szovjet akadémikus tudományos munkáiban jelent meg, aki egyébként 1962-ben Nobel-díjat is kapott munkásságáért.

A fémek szupravezető képességét az úgynevezett „Cooper-párok” fogalmával magyarázzák: két elektron egyesül egy kvantumon keresztül, összesen nulla impulzusimpulzussal.

Hasonló elektronpárosítások fordulnak elő néhány fém kristályrácsában, ha rendkívül alacsony hőmérsékletre hűtik.

Később azonban a kuprátok – magas réztartalmú kerámiák – segítségével a tudósok a nitrogén forráspontjánál lényegesen magasabb hőmérsékleten (-196 Celsius) elérték a szupravezető képesség kialakulását, amely a folyékony nitrogén elterjedt termelése miatt ellenállás nélküli anyagok viszonylag kényelmesen használhatók.

Ezeknek a kísérleteknek köszönhetően a szupravezetők széles körben elterjedtek, és manapság különösen orvosi diagnosztikai eszközök, például mágneses szkennerek és mágneses rezonátorok képalkotására használják.

Széles körben használják részecskegyorsítókban is a fizika kutatásában.

És akkor a grafén?

Grigory Volovik, a Helsinki Aalto Egyetem és az Orosz Tudományos Akadémia Landau Elméleti Fizikai Intézetének professzora a Moszkvai Nemzetközi Kvantumtechnológiai Konferencia keretein belül arról beszélt, hogy a szupravezetés magas hőmérsékleten grafénnel, lapos módosítással érhető el. .

A grafénnek, akárcsak a szupravezetőknek, fényes jövőt jósolnak – mind az izzók, mind a testpáncél gyártói érdeklődnek iránta, nem beszélve a mikroelektronikai kilátásairól.

Illusztráció szerzői jog IBM Képaláírás Normál körülmények között a grafén a félvezető tulajdonságait mutatja

Az elméleti fizikusok az egész 20. században leírták a benne rejlő lehetőségeket, de a gyakorlati kutatáshoz csak a 21. században jutott el: a grafitból izolált grafén tulajdonságainak leírására Oroszország őslakosai, Konstantin Novoszelov és Andrej Geim.

Volovik szerint az elektromágneses terek tulajdonságainak ismerete lehetővé tenné az „ideális” grafénben megfigyelhető lapos energiasávokra épülő szupravezető építését.

És mégis - mit kell tenni a szobahőmérsékleten?

Az ideális grafénre jellemző lapos zónának nulla energiájúnak kell lennie a teljes síkjában.

Volovik professzor szerint azonban a szén kétdimenziós allotróp módosulatának tényleges szerkezete gyakran hasonlít egy „lapított kolbászhoz”.

Ennek ellenére a szakértők nem csüggednek: a teoretikusok jelenleg több lehetőségen is dolgoznak a lapos energiazóna megjelenésére, amelyek szükségesek a szupravezetés megteremtéséhez szobai körülmények között, beleértve a túlhűtött gázokat is.

Tavaly a Stanford Egyetem amerikai fizikusai rájöttek, hogyan lehet a grafén szupravezető képességét a gyakorlatba ültetni monoatomos szén – tulajdonképpen grafén – és kalcium rétegek egymásra helyezésével egy „szendvicsben”.

Mivel egy kicsit több, mint egy évvel ezelőtt, a brit tudósok, beszélhetünk észrevehető csökkenést a termelési költségek a szükséges anyagokat.

A kihívás, ahogy a fent említett szakértők mindegyike mondja, most az, hogy megtaláljuk a módját a hibamentes grafén nagy mennyiségben történő előállításának.

Szilárd, folyékony, gáz, plazma... mi más?

Az egyik halmazállapot, amelyben szupravezetés és más kvantumhatások figyelhetők meg, a Bose-Einstein kondenzátum, amely Satyendra Bose és Albert Einstein indiai fizikus elméleti munkásságáról kapta a nevét.

Illusztráció szerzői jog Science Photo Library Képaláírás Satyendra Bose úttörő szerepet játszott a részecskék viselkedésének vizsgálatában nulla kelvin mellett

Ez egy speciális anyagforma - ez a fotonok és más, a bozonokhoz kapcsolódó elemi részecskék aggregációs állapota nulla kelvinhez közeli hőmérsékleten.

1995-ben – 70 évvel Bose és Einstein elméleti indoklásának közzététele után – a tudósoknak először sikerült kondenzátumot megfigyelniük.

Csak 2010-ben sikerült a fizikusoknak ilyen kondenzátumot előállítaniuk a fotonok számára.

Különösen Natalya Berloff, a Skolkovo Tudományos és Technológiai Intézet tanára, aki a konferencián beszélt, a polaritonok viselkedését írta le - azok a kvázi részecskék, amelyek akkor keletkeznek, amikor a fotonok kölcsönhatásba lépnek a közeg elemi gerjesztésével.

Berloff elmondta, hogy tavaly nyáron nemzeti kezdeményezésként megpróbálta bemutatni a kvantumelmélet alkalmazását Dmitrij Medvegyev miniszterelnöknek és Arkagyij Dvorkovics miniszterelnök-helyettesnek.

A Skolkovo Institute of Science and Technology hallgatói közül néhányan már aktívan részt vesznek a nemzetközi kutatásokban – különösen Berloff tanítványai az említett polaritonok viselkedését leíró fizikuscsoport tagjai.

MOSZKVA, szeptember 13. – RIA Novosztyi. Az egyes grafitszemcsék szobahőmérsékleten szupravezető tulajdonságokat mutathatnak, miután vízzel kezelték és kemencében megsütötték, ami arra utal, hogy a szupravezetés a gyakorlatban normális körülmények között is elérhető - állítják német fizikusok az Advanced Materials folyóiratban megjelent cikkükben.

"Összességében a kísérletünkből származó adatok azt mutatják, hogy a szupravezetés szobahőmérsékleten megvalósítható, és hogy az általunk alkalmazott módszerek utat nyithatnak a szupravezetők új generációjának, amelynek megjelenése olyan előnyökkel jár majd az emberiség számára, amelyeket még mindig nehéz felmérni" a fizikai csapat vezetője, Pablo Esquinazi (Pablo Esquinazi) a Lipcsei Egyetemről (Németország).

Esquinazi és munkatársai a grafit és a szén más formáinak fizikai tulajdonságait tanulmányozták. Az egyik kísérletben a tudósok grafitport öntöttek egy kémcsőbe vízzel, megkeverték és 24 órán át békén hagyták. Ezt követően a fizikusok a grafitot leszűrték és kemencében 100 fokos hőmérsékleten megszárították.

Ennek eredményeként a tudósok rendkívül érdekes fizikai tulajdonságokkal rendelkező grafitszemcséket kaptak. Így ezeknek a szemcséknek a felülete olyan szupravezető tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek még 300 Kelvin-fok vagy 26 Celsius-fok hőmérsékleten is fennmaradnak.

Ez a mágneses momentum jellegzetes éles fázisátalakulásának megjelenésében nyilvánult meg a szemcséken belül, amelyek a klasszikus magas hőmérsékletű szupravezetőkben léteznek. A fizikusok soha nem tudták ellenőrizni, hogy a grafitnak van-e még két fő jellemzője az ilyen anyagoknak: az ellenállás hiánya és az úgynevezett Meissner-effektus - a mágneses tér teljes elmozdulása a vezető testéből.

A hatások egyikének felfedezése azonban azt sugallja, hogy a magas hőmérsékletű szupravezetők szobahőmérsékleten is működhetnek.

Sajnos az Esquinazi és munkatársai által megszerzett grafitszemcsék nem használhatók szupravezetők „építőanyagaként”. Először is, a grafit tömegének csak 0,0001%-a rendelkezik szupravezető tulajdonságokkal, mivel ez a hatás csak a szemcsék felületén figyelhető meg. Másodszor, a grafitnak ez a formája rendkívül törékeny, és a szemcsék fizikai tulajdonságai a legkisebb deformáció esetén is visszavonhatatlanul elvesznek.

Későbbi munkájuk során a fizikusok a szemcsék felületének és a felszínükön maradó hidrogénatomok szerepének tanulmányozását tervezik a „vízfürdő” és az azt követő szárítás után. Emellett Esquinazi és munkatársai azt is megvizsgálják, hogy az ilyen szemek ellenállása nulla-e, és előfordul-e bennük a Meissner-effektus.

A szupravezetés az egyik legtitokzatosabb, legfigyelemreméltóbb és legígéretesebb jelenség. A szupravezető anyagok, amelyeknek nincs elektromos ellenállása, gyakorlatilag veszteség nélkül képesek vezetni az áramot, és ezt a jelenséget egyes területeken már gyakorlati célokra is alkalmazzák, például magtomográfiás gépek vagy részecskegyorsítók mágneseiben. A meglévő szupravezető anyagokat azonban rendkívül alacsony hőmérsékletre kell hűteni, hogy tulajdonságaikat elérjék. A tudósok által idén és tavaly végzett kísérletek azonban olyan váratlan eredményeket hoztak, amelyek megváltoztathatják a szupravezető technológia állapotát.

A Max Planck Anyagszerkezeti és Dinamikai Intézet tudósai által vezetett nemzetközi tudóscsoport az egyik legígéretesebb anyaggal - a magas hőmérsékletű szupravezető ittrium-bárium-réz-oxiddal (YBa2Cu3O6+x, YBCO) dolgozik, felfedezte, hogy ha ezt a kerámiaanyagot infravörös lézer fényimpulzusainak teszik ki, az anyag egyes atomjai rövid időre megváltoztatják a kristályrácsban elfoglalt helyzetüket, fokozva a szupravezető hatás megnyilvánulását.

Az YBCO vegyület kristályainak szerkezete nagyon szokatlan. Ezeknek a kristályoknak a külső oldalán egy réz-oxid réteg található, amely a báriumot, ittriumot és oxigént tartalmazó köztes rétegeket fedi. A lézerfénnyel besugárzott szupravezetés hatása pontosan a réz-oxid felső rétegeiben jelentkezik, amelyekben intenzív elektronpárok, úgynevezett Cooper-párok képződnek. Ezek a párok az alagúthatás miatt mozoghatnak a kristályrétegek között, és ez jelzi a megfigyelt hatások kvantum jellegét. És normál körülmények között az YBCO kristályok csak az anyag kritikus pontja alatti hőmérsékleten válnak szupravezetővé.

A 2013-ban végzett kísérletek során a tudósok azt találták, hogy egy erős infravörös lézer megvilágítása egy YBCO kristályon azt eredményezte, hogy az anyag szobahőmérsékleten rövid időre szupravezetővé vált. Nyilvánvaló, hogy a lézerfény befolyásolja az anyagrétegek közötti tapadást, bár ennek a hatásnak a mechanizmusa nem teljesen világos. És hogy megtudják, mi történik, a tudósok az LCLS lézer képességeihez fordultak, amely az eddigi legerősebb röntgenlézer.

"Infravörös fényimpulzusokkal kezdtük el ütni az anyagot, ami gerjesztette az atomok egy részét, amitől azok meglehetősen erős amplitúdóval rezegtek."
- mondja Roman Mankowsky, a Max Planck Intézet fizikusa."Ezután közvetlenül az infravörös lézerimpulzust követően röntgenlézerimpulzust használtunk, hogy megmérjük a kristályrácsban bekövetkezett elmozdulás pontos mértékét."

Az eredmények azt mutatták, hogy az infravörös fény impulzusa nemcsak gerjesztette és rezgésbe hozta az atomokat, hanem a kristályrácson belüli elmozdulását is okozta. Ez nagyon rövid időre csökkentette a réz-oxid rétegek és a kristály más rétegei közötti távolságot, ami viszont a közöttük lévő kvantumcsatoló hatás megnyilvánulásának fokozódásához vezetett. Ennek eredményeként a kristály szobahőmérsékleten szupravezetővé válik, bár ez az állapot csak néhány pikoszekundumig tarthat.

„Az elért eredmények lehetővé teszik számunkra, hogy változtatásokat hajtsunk végre, és javítsuk a magas hőmérsékletű szupravezetők meglévő elméletét. Ezenkívül adataink felbecsülhetetlen segítséget nyújtanak az anyagtudósoknak, akik új, magas hőmérsékletű, magas kritikus hőmérsékletű szupravezető anyagokat fejlesztenek ki.” - mondja Roman Mankovsky, -„És végül, remélem, mindez egy olyan szobahőmérsékletű szupravezető anyag álmához vezet, amely egyáltalán nem igényel hűtést. Egy ilyen anyag megjelenése pedig egy sor áttörést jelenthet még sok más olyan területen, amelyek kihasználják a szupravezetés jelenségét.”