Táto práca sa začala v roku 1975, počas dokončovania diplomového projektu na Moskovskom inštitúte elektronickej technológie. Potom som chcel vytvoriť aktívny prvok filmu pomocou horúcich elektrónov. Ale keď som sa dozvedel o hypotéze Ginzburg-Kirzhnits, navrhnutej v roku 1963, uvedomil som si, že sendviče, ktoré som musel vytvoriť, presne spĺňali požiadavky tejto hypotézy.

V roku 1957 Bardeen-Cooper-Schrieffer vytvoril teóriu supravodivosti, kde hlavná úloha vo fenoméne supravodivosti bola prisúdená tvorbe párových elektrónov prostredníctvom interakcie s fonónmi a kritická teplota prechodu kovu do stavu supravodivosti je určená určitú charakteristickú teplotu fonónov. Táto charakteristická teplota sa približne rovná Debyeovej teplote fonónov a kritická teplota prechodu kovu do supravodivého stavu je určená vzorcom:

kde g konštanta úmerná sile príťažlivosti medzi elektrónmi. Keďže Debyeho teplota fonónov nemôže prekročiť niekoľko stoviek stupňov, hrubý odhad fonónového mechanizmu supravodivosti v tom čase ukázal, že kritická teplota fonónového mechanizmu nemôže prekročiť 25 °K. Ginzburg - Kirzhnits preto navrhol použiť na párovanie iné častice. elektróny, napríklad typ elektrónových excitónov. Pretože Debyeho teplota excitónov môže byť tisíce a dokonca desiatky tisíc stupňov, hrubé teoretické výpočty ukázali, že kritická teplota excitonického mechanizmu pre prechod kovu do supravodivého stavu môže dosiahnuť 300 ° K alebo viac, čo zodpovedá na izbovú teplotu a vyššiu. Takto sa zrodil návrh Ginzburg-Kirzhnitzovho sendviča pre excitačný mechanizmus supravodivosti, ktorý vidíte na obr. 1, aj keď teraz s istotou viem, že v takomto sendviči nikdy nedôjde k párovaniu elektrónov prostredníctvom interakcie s excitónmi.

Obr.1 Sendvič pre excitačný mechanizmus supravodivosti.

Okrem toho môžem povedať, že pri vývoji excitonickej teórie vysokoteplotnej supravodivosti došlo k nepresnostiam vo výpočte funkcií elektrónových vĺn, takže kritická teplota excitónového mechanizmu môže dosiahnuť nielen izbovú teplotu, ale ju aj niekoľkonásobne prekročiť. krát. V tom čase som mal možnosť stretnúť sa s jedným z vývojárov teórie vysokoteplotnej supravodivosti. Keď som sa ho spýtal, či by v štruktúre pozostávajúcej z kovových guľôčok merajúcich niekoľko medziatómových vzdialeností, obklopených tenkou vrstvou dielektrika a stlačených na medziatómové vzdialenosti, mohol vzniknúť excitonický mechanizmus supravodivosti. Odpovedal, že práve v takýchto štruktúrach to treba dodržiavať. Odvtedy začal vytvárať viacvrstvové sendviče, v ktorých hlavná vrstva mala vyššie spomínanú štruktúru. V závere diplomovej práce som zistil, že na viacerých vzorkách sú prúdové skoky v prúdovo-napäťových charakteristikách a ich vodivosť sa pri určitom napätí rádovo mení. Toto je znázornené na obr. Obrázok 3 znázorňuje typickú charakteristiku štruktúr supravodič-izolátor-supravodič.

Obr.2 V.A.H. merané vzorky v roku 1976

Obr. 3 Typické prúdovo-napäťové charakteristiky konštrukcií supravodič izolátor supravodič.

Takéto správanie prúdovo-napäťovej charakteristiky v skúmaných javoch existuje len v štruktúrach supravodič-izolátor-supravodič (S - I -S). Opäť som sa stretol s jedným z vývojárov teórie vysokých teplôt a podarilo sa mi ho presvedčiť, že takéto vlastnosti môžu byť dané štruktúramiS-I-S. Neveril týmto výsledkom, pretože teoreticky dokázali, že je prakticky nemožné implementovať excitačný mechanizmus supravodivosti v praxi, pretože kov musí mať hrúbku 5Å, a to je jedna atómová vrstva, ktorú nie je možné získať. Ale teória je teória a prax zostáva kritériom pravdy.

Myslel som si, že po príchode do Voronežu na pridelenú úlohu môžem okamžite pokračovať v práci. Osud však dopadol inak. A keď som si prečítal článok v roku 1987. o objave supravodivej keramiky, kde sa písalo, keď Müller prišiel do Bednorza a pýtal sa, ako vytvoriť štruktúru pozostávajúcu z kovových guľôčok niekoľkých medziatómových veľkostí, obklopených tenkou vrstvou dielektrika a stlačených na medziatómové vzdialenosti. Odpovedal spekaním keramiky. Tak sa zrodila supravodivá keramika, kritická teplota, ktorá v tom čase dosahovala 112°K. Potom som si myslel, že čoskoro dosiahne izbovú teplotu. Jediné, čo ma trochu utešilo, bolo, že vzorky neboli získané spekaním keramiky, ale prirodzeným pestovaním v určitých prostrediach. Po tejto správe som úplne opustil supravodivosť. Ale od objavu supravodivej keramiky ubehlo už takmer dvadsať rokov a o objave supravodivosti pri izbovej teplote neprišli žiadne správy.

V decembri 2002 Dostal som nápad ešte raz preskúmať vzorky vyrobené takmer pred 30 rokmi. Prišiel som do garáže, otvoril kufor môjho študenta a priniesol ich do laboratória. A teraz o tom, čo som na nich videl.

Na obr.4 , ryža.5 , ryža.6 , vidíte tri grafy a VAC., Horesemi čonarodený v roku 1976, v strede je typická prúdovo-napäťová charakteristika. pre konštrukcie S-I-S,Na spodku CVC. vzorky namerané v roku 2002

Obr.4 V.A.H. merané v roku 1976

Obr.5 Typický V.A.H. S-I-S štruktúry.

Obr.6 V.A.H. merané v roku 2002

Všetky majú tri charakteristické časti, najprv s vysokým odporom, potom keď napätie dosiahne 2Δ / e , skok prúdu a tretí ako pri konvenčnom razení tunelov v konštrukciách kov-izolátor-kov. Ak sú však získané charakteristiky spojené s fenoménom supravodivosti, potom musí existovať kritická teplota, pri ktorej supravodivosť zmizne. Pri pripájaní vzoriek k zdroju jednosmerného prúdu na charakteristike prúd-napätie. pozoruje sa gestirezná slučka. Okrem toho je šírka gestirézie funkciou teploty a pri kritickej teplote sa rovná nule. Na obr. 7 vidíte závislosť šírky gestirézy od teploty.

Obr. 7. Závislosť šírky gestirézie od teploty: Obr.

a) pri 77 °K, b) pri 300 °K, c) pri 620 °K.

Dá sa predpokladať, že v takýchto zložitých vrstvených sendvičoch môže byť hysterézia spôsobená mobilnými iónmi. V tomto prípade by sa však s klesajúcou teplotou mala šírka gestirézy zmenšovať, pretože pohyblivosť iónov klesá. A v grafoch na obr. 7 vidíme opačný obrázok: s klesajúcou teplotou sa zväčšuje šírka gestirézy, ktorá je typická len pre konštrukcie S-I-S. Na základe týchto výsledkov môžeme konštatovať, že kritická teplota prechodu do supravodivého stavu skúmaných vzoriek je približne 620°K. alebo 350 °C.

Ak sú tieto vzorky supravodivé, potom by na nich mali byť prítomné Josephsonove efekty. Pomocou metódy rozdelenia vzorky na časti boli identifikované oblasti, kde hrúbka dielektrika medzi kovmi nepresiahla 20 Á. Pri meraní vybraných vzoriek na krivkách, pri aplikácii striedavého napätia s frekvenciou 50 Hz. na obrazovke bola pozorovaná elipsa. Môžete to vidieť na obr. 8

Obr.8. Elipsa na striedavé napätie.

Obr.9. Elipsa plus pulzykrokový generátor.

Ako mi povedal jeden moskovský profesor: elipsa ako elipsa nemá v sebe nič zaujímavé. V skutočnosti má správny geometrický tvar a na samotnej elipse nie je nič zaujímavé. Zaujímavosťou je, ako bol získaný na obrazovke charakterografu. Existujú dva spôsoby, ako získať elipsu: z jedného zdroja signálu cez R-C reťazec alebo z dvoch zdrojov signálu. Prvá možnosť bola simulovaná pomocou počítačového programu. Keď sa elipsa priblížila k vertikálnej alebo horizontálnej osi, elipsa sa zvrhla na priamku. A ako vidíte na obr. 8, elipsa je takmer vodorovná. To znamená, že elipsa bola získaná pomocou dvoch zdrojov signálu. Ak je jedným zdrojom signálu indikátor krivky, potom druhým zdrojom signálu môže byť len skúmaná vzorka. Ak sa pozriete na obr. 9 na inom sledovači kriviek, potom keď je krokový generátor zapnutý, sú na elipse pozorované impulzy krokového generátora. Vzorka sa správa tak, že akýkoľvek signál, ktorý prijme, generuje. Viem, že nie je nič známe o nízkofrekvenčnom generovaní pomocou Josephsonových uzlov. Ale to je ľahké skontrolovať pre tých, ktorí majú možnosť pracovať s týmito prechodmi. Stačí cez kapacitu pripojiť jeden zo supravodičov a na obrazovke krivkového znaku budete pozorovať elipsu a impulzy a akýkoľvek iný signál, ktorý je v krivke použitý.

Na štúdium vzoriek pri jednosmernom prúde bola kapacita odstránená. Vzorka bola pripojená k indikátoru krivky ako zdroj jednosmerného prúdu. Výsledkom bolo, že pri nulovom napätí naprieč vzorkou cez ňu tiekol jednosmerný prúd. Môžete to vidieť na obr. 10. V supravodivosti sa takýto prúd nazýva konštantný supravodivý Josephsonov prúd a je spôsobený tunelovaním Cooperových párov pri porušení ich fázovej koherencie.

Obr. 10. Supravodivé prúd, pri nulovom napätí na vzorke.

Obr. Závislosť supravodivého prúdu od magnetu poliach.

Obr. 12. Kontrolassupravodivé elektrický šok

Ak ide o supravodivý prúd, potom v magnetickom poli by mal poskytnúť difrakčný obrazec. Experiment sa uskutočnil s použitím permanentných magnetov a vzdialenosť medzi magnetom a vzorkou sa menila. Prúd sa meral ako funkcia vzdialenosti medzi magnetom a vzorkou. Získané výsledky môžete vidieť na obr. Naklonenie doľava je podľa teórie supravodivosti spojené s pridaním vlastného magnetického poľa k vonkajšiemu poľu, ku ktorému dochádza pri vysokých prúdoch cez prechod. Chcem hneď povedať, že pri samostatnom skúmaní každej vrstvy, ktorá tvorí sendvič, nebola pozorovaná žiadna z vyššie uvedených charakteristík. Preto sa dá predpokladať, že k tvorbe Cooperových párov dochádza interakciou elektrónov v hlavnej vrstve s časticami v inej vrstve. Možno je to excitonický mechanizmus. A ak je to tak, potom pomocou dodatočnej kovovej elektródy existujúcej v sendviči je možné ľahko ovládať supravodivý prúd. Keď boli impulzy z krokového generátora aplikované na ďalšiu elektródu, na obrazovke grafu krivky sa objavila skupina výstupných charakteristík. Môžete to vidieť na obr. 12. Pripomína skupinu výstupných charakteristík tranzistorov. Preto je možné pomocou efektu riadenia supravodivého prúdu vytvárať aktívne prvky na konverziu a zosilnenie elektrických signálov. Zariadenia vytvorené pomocou tohto efektu budú schopné pracovať pri teplotách od 0°K. až 620°K. a pri frekvenciách nad 100 GHz. Na obr. 12 teda vidíte charakteristiky prvého supravodivého aktívneho zariadenia na konverziu a zosilnenie elektrických signálov.

A teraz o štúdiu absorpcie a emisie mikrovlnných elektromagnetických vĺn. Vzorka bola napojená na krivkový indikátor ako zdroj napätia. Počiatočný rez Josephsonovou križovatkou je možné vidieť na obr.

Obr. 13. Úvodný rez prúdovo-napäťovej charakteristiky.

Obr. 14. Prúdovo-napäťová charakteristika. pri vystavení Mikrovlnné elektromagnetické vlny.

Obr. 15. Štruktúra hlavnej vrstvy.

Na začiatku úseku sa pozoruje hysterézia, ktorej šírka závisí od magnetického poľa. Pri pôsobení magnetického poľa sa šírka gestirézy zväčšuje. Tento prechod bol vystavený mikrovlnám. žiarenia a výsledky sú uvedené na obr. 14. Ako vidíte, v dôsledku absorpcie elektromagnetických vĺn sa vytvoril horizontálny schod. Veľkosť tohto kroku vo voltoch súvisí s frekvenciou ožiarenia, nábojom elektrónu a Planckovou konštantou. Predbežné merania a výpočty Planckovej konštanty ukazujú, že jej hodnota sa zhoduje s tabuľkovou hodnotou s presnosťou 0,02 percenta. Na zlepšenie presnosti sú potrebné kalibrované meracie prístroje. A teraz o vyžarovaní elektromagnetických vĺn. Ak zvýšite prúd pretekajúci vzorkou, nad hladinou sa vytvoria červenofialové plazmové guľôčky, ktoré zodpovedajú vzduchovej plazme. K tomu dochádza pri intenzite vyžarovaných mikrovĺn. elektromagnetické vlny dosahujú hodnoty postačujúce na ionizáciu molekúl vzduchu. V dôsledku tvorby plazmových guľôčok sa na povrchu vzorky vytvorí stopa, ktorá mierne odhaľuje štruktúru materiálu hlavnej vrstvy sendviča. Môžete to vidieť na obr. 15. Fotografia bola urobená pri veľmi veľkom zväčšení, takže jasnosť nie je príliš dobrá.

Teraz poďme diskutovať o získaných výsledkoch. Musel som sa stretnúť s vedcami a odborníkmi. Niektorí z nich sa snažia vysvetliť výsledky získané kontaktnými javmi, aj keď neuvádzajú aké. Preto by som chcel povedať, že sa zdá, že zle chápu charakteristiky kontaktných javov a najmä tunelových javov v štruktúrach. S-JE. Iní súhlasia s tým, že všetky uvedené charakteristiky zodpovedajú štruktúramS-I -S, ale na potvrdenie supravodivosti je potrebné zmerať diamagnetickú susceptibilitu vzoriek, keďže pri prechode do supravodivého stavu sa všetky materiály stávajú silne diamagnetické. s tymto suhlasim. Poďme však na túto problematiku z druhej strany. Povedzme, že skúmame diamagnetické vlastnosti materiálov, nepoznáme výsledky uvedené v tejto práci a tieto štruktúry sa k nám dostanú. Zisťujeme na nich silný diamagnetizmus pri izbovej teplote, ako sú supravodiče. Dá sa povedať, že ide o supravodivosť? Samozrejme nie, keďže hlavnou vlastnosťou supravodivosti je, keď sa odpor vodiča stane nulovým. Ak sa pozriete na obr. 10, potom pri nulovom napätí preteká vzorkou prúd. A to len potvrdzuje, že odpor vzorky je nulový. Všetky Josephsonove efekty sú navyše spojené len s tunelovaním Cooperových párov a v skúmaných vzorkách pozorujeme takmer všetky Josephsonove efekty. To znamená, že možno tvrdiť, že v skúmaných vzorkách existujú Cooperove páry a existencia Cooperových párov je podľa teórie BCS hlavnou podmienkou výskytu supravodivosti. Počas výskumu bola objavená kritická teplota a prúd a vzorky v magnetickom poli sa správajú rovnako ako štruktúry supravodič-izolátor-supravodič. Preto nie je pochýb o tom, že kovové guľôčky obklopené tenkou vrstvou dielektrika sú v stave supravodivosti pri izbovej teplote a vyššej. Čo najskôr vykonáme diamagnetické štúdie vzoriek. Niet však pochýb o tom, že diamagnetické vlastnosti vzoriek budú rovnaké ako vlastnosti konvenčných supravodičov, pretože v prírode neexistujú dva rôzne javy, ktoré by vykazovali rovnaké vlastnosti. Ďakujem za tvoju pozornosť. Budem vďačný každému, kto môže poskytnúť podporu a pomoc pri tejto práci.

Literatúra:

1. Ginzburg V.L., Kirzhnits D.A. Problém vysokoteplotnej supravodivosti - M.: Nauka, 1977. – 400 s.

2.Bukkel V. Supravodivosť. – M.: Mir, 1975.-364 s.

3. Solimar L. Tunelový efekt v supravodičoch. – M.: Mir, 1974.- 428 s.

4. Webová stránka Derunov V

Autorské práva na ilustráciu Thinkstock Popis obrázku Supravodiče môžu byť použité na vytváranie elektrických sietí

Pri približne -270 stupňoch Celzia niektoré kovy umožňujú prechod elektrického prúdu bez odporu. Vedci sa však naučili dosiahnuť supravodivosť pri vyššej teplote okolo 130 Kelvinov (-143 Celzia) a nekončia pri tom, pretože veria, že túto cennú vlastnosť možno reprodukovať pri izbovej teplote.

Supravodiče sa vyznačujú úplnou absenciou odporu. Takzvané supravodiče typu I úplne vytláčajú magnetické pole.

Podobné látky typu II umožňujú prítomnosť supravodivosti a zároveň silného magnetického poľa, čím je ich rozsah použitia extrémne široký.

Čo je supravodivosť?

Samotný jav opísal holandský chemik a fyzik Heike Kammerling-Ottes v roku 1911. O dva roky neskôr získal Nobelovu cenu.

Pojem supravodivosť sa prvýkrát objavil vo vedeckých prácach sovietskeho akademika Leva Landaua, ktorý mimochodom za svoju prácu dostal v roku 1962 aj Nobelovu cenu.

Supravodivosť kovov sa vysvetľuje pomocou konceptu takzvaných „Cooperových párov“: dva elektróny spojené kvantom s celkovým nulovým momentom hybnosti.

Podobné elektrónové páry sa vyskytujú v kryštálovej mriežke niektorých kovov pri ochladzovaní na extrémne nízke teploty.

Neskôr však vedci pomocou kuprátov – keramiky s vysokým obsahom medi – dosiahli vznik supravodivosti pri teplotách výrazne vyšších ako je bod varu dusíka (-196 Celzia), čo pri rozšírenej produkcii tekutého dusíka látky bez rezistencie relatívne vhodné na použitie.

Vďaka týmto experimentom sa supravodiče rozšírili a dnes sa používajú najmä na zobrazovanie v lekárskych diagnostických prístrojoch, ako sú magnetické skenery a magnetické rezonátory.

Sú tiež široko používané v urýchľovačoch častíc vo fyzikálnom výskume.

A potom grafén?

Profesor Aalto University Helsinki a Landauov inštitút teoretickej fyziky Ruskej akadémie vied Grigory Volovik v rámci Moskovskej medzinárodnej konferencie o kvantových technológiách hovorili o možnom dosiahnutí supravodivosti pri vysokých teplotách pomocou grafénu, plochej modifikácie .

Grafénu, podobne ako supravodičom, predpovedá svetlá budúcnosť – zaujímajú sa oň výrobcovia žiaroviek aj nepriestrelnej vesty, nehovoriac o jeho perspektívach v mikroelektronike.

Autorské práva na ilustráciu IBM Popis obrázku Za normálnych podmienok grafén vykazuje vlastnosti polovodiča

Teoretickí fyzici popisovali jeho potenciál počas celého 20. storočia, no do praktického výskumu sa dostal až v 21. storočí: o popis vlastností grafénu izolovaného z grafitu sa postarali rodáci z Ruska Konstantin Novoselov a Andrei Geim.

Podľa Volovika by poznatky o vlastnostiach elektromagnetických polí umožnili postaviť supravodič založený na plochých energetických pásoch, ktoré možno pozorovať v „ideálnom“ graféne.

A predsa - čo robiť s izbovou teplotou?

Plochá zóna charakteristická pre ideálny grafén by mala mať nulovú energiu v celej svojej rovine.

Skutočná štruktúra dvojrozmernej alotropickej modifikácie uhlíka sa však štruktúrou často podobá „sploštenej klobáse“, hovorí profesor Volovik.

Odborníci to však neodrádzajú: v súčasnosti teoretici pracujú na niekoľkých možnostiach vzhľadu plochej energetickej zóny potrebnej na vytvorenie supravodivosti v podmienkach miestnosti, vrátane podchladených plynov.

Minulý rok si americkí fyzici zo Stanfordskej univerzity uvedomili, ako možno supravodivosť grafénu uviesť do praxe pomocou vrstiev monatomického uhlíka – vlastne grafénu – a vápnika, ktoré sa navzájom prekrývajú v „sendviči“.

Už pred viac ako rokom môžeme britskí vedci hovoriť o výraznom znížení nákladov na výrobu potrebných materiálov.

Výzvou, ako hovoria všetci vyššie uvedení odborníci, je teraz nájsť spôsoby, ako vyrábať grafén bez defektov vo veľkých objemoch.

Tuhá látka, kvapalina, plyn, plazma... čo ešte?

Jedným zo stavov hmoty, pre ktoré sa pozoruje supravodivosť a iné kvantové efekty, je Bose-Einsteinov kondenzát, pomenovaný podľa teoretickej práce indického fyzika Satyendru Boseho a Alberta Einsteina.

Autorské práva na ilustráciu Vedecká fotografická knižnica Popis obrázku Satyendra Bose bol priekopníkom v štúdiu správania častíc pri nule Kelvinov

Ide o špeciálnu formu hmoty – ide o stav agregácie fotónov a iných elementárnych častíc súvisiacich s bozónmi, pri teplotách blízkych nule kelvinov.

V roku 1995 - 70 rokov po zverejnení teoretických zdôvodnení Boseho a Einsteina - vedci mohli prvýkrát pozorovať kondenzát.

Až v roku 2010 sa fyzikom podarilo získať takýto kondenzát pre fotóny.

Najmä Natalya Berloff, učiteľka Skolkovského inštitútu vedy a techniky, ktorá vystúpila na konferencii, opísala správanie polaritónov - kvázičastíc, ktoré vznikajú pri interakcii fotónov s elementárnymi excitáciami média.

Berloffová uviedla, že sa minulé leto pokúsila predstaviť aplikáciu kvantovej teórie premiérovi Dmitrijovi Medvedevovi a podpredsedovi vlády Arkadijovi Dvorkovičovi ako národnú iniciatívu.

Niektorí zo študentov Skolkovského inštitútu vedy a techniky sa už aktívne podieľajú na medzinárodnom výskume – konkrétne Berloffovi študenti sú súčasťou tímu fyzikov popisujúcich správanie spomínaných polaritónov.

MOSKVA 13. septembra - RIA Novosti. Jednotlivé zrná grafitu môžu vykazovať supravodivé vlastnosti pri izbovej teplote po ošetrení vodou a vypálení v peci, čo naznačuje, že supravodivosť je možné dosiahnuť za normálnych podmienok v praxi, uvádzajú nemeckí fyzici v článku publikovanom v časopise Advanced Materials.

„Celkovo údaje z nášho experimentu naznačujú, že supravodivosť pri izbovej teplote je uskutočniteľná a že metódy, ktoré sme použili, by mohli pripraviť cestu pre novú generáciu supravodičov, ktorých vznik prinesie ľudstvu výhody, ktoré je stále ťažké posúdiť,“ povedal. vedúci fyzikálneho tímu Pablo Esquinazi (Pablo Esquinazi) z univerzity v Lipsku (Nemecko).

Esquinazi a jeho kolegovia študovali fyzikálne vlastnosti grafitu a iných foriem uhlíka. V jednom experimente vedci nasypali grafitový prášok do skúmavky s vodou, premiešali a nechali 24 hodín v pokoji. Potom fyzici grafit prefiltrovali a vysušili v peci pri teplote 100 stupňov.

Vedci vďaka tomu získali sadu grafitových granúl s mimoriadne zaujímavými fyzikálnymi vlastnosťami. Povrch týchto zŕn má teda supravodivé vlastnosti, ktoré pretrvávajú aj pri teplote 300 stupňov Kelvina, čiže 26 stupňov Celzia.

To sa prejavilo výskytom charakteristických ostrých fázových prechodov magnetického momentu vo vnútri zŕn, ktoré existujú v klasických vysokoteplotných supravodičoch. Fyzikom sa nikdy nepodarilo overiť, či má grafit ďalšie dve hlavné črty takýchto materiálov: absenciu odporu a takzvaný Meissnerov efekt – úplné vytlačenie magnetického poľa z tela vodiča.

Objav čo i len jedného z efektov však naznačuje, že vysokoteplotné supravodiče môžu fungovať pri izbovej teplote.

Bohužiaľ, grafitové zrná získané Esquinazim a jeho kolegami nemožno použiť ako „stavebný materiál“ pre supravodiče. Po prvé, iba 0,0001 % hmotnosti grafitu má supravodivé vlastnosti v dôsledku skutočnosti, že tento efekt je pozorovaný iba na povrchu zŕn. Po druhé, táto forma grafitu je mimoriadne krehká a fyzikálne vlastnosti zŕn sa nenávratne stratia aj pri najmenšej deformácii.

Vo svojej ďalšej práci plánujú fyzici študovať povrch zŕn a úlohu atómov vodíka, ktoré zostávajú na ich povrchu po „vodnom kúpeli“ a následnom sušení. Esquinazi a jeho kolegovia navyše otestujú, či takéto zrná majú nulový odpor a či sa v nich vyskytuje Meissnerov efekt.

Supravodivosť je jedným z najzáhadnejších, najpozoruhodnejších a najsľubnejších javov. Supravodivé materiály, ktoré nemajú elektrický odpor, dokážu viesť prúd prakticky bez strát a tento jav sa už v niektorých oblastiach prakticky využíva, napríklad v magnetoch jadrových tomografických strojov alebo urýchľovačoch častíc. Existujúce supravodivé materiály však musia byť ochladzované na extrémne nízke teploty, aby dosiahli svoje vlastnosti. Ale experimenty, ktoré vedci vykonali v tomto a minulom roku, priniesli neočakávané výsledky, ktoré by mohli zmeniť stav supravodičovej technológie.

Medzinárodný tím vedcov pod vedením vedcov z Inštitútu Maxa Plancka pre štruktúru a dynamiku hmoty pracujúci s jedným z najsľubnejších materiálov - vysokoteplotným supravodičom ytrium-bárium-oxid meďnatý (YBa2Cu3O6+x, YBCO) , zistili, že vystavenie tohto keramického materiálu pulzom svetla z infračerveného lasera spôsobí, že niektoré atómy materiálu nakrátko zmenia svoju polohu v kryštálovej mriežke, čím sa zvýši prejav efektu supravodivosti.

Kryštály zlúčeniny YBCO majú veľmi nezvyčajnú štruktúru. Na vonkajšej strane týchto kryštálov je vrstva oxidu medi pokrývajúceho medzivrstvy obsahujúce bárium, ytrium a kyslík. K efektu supravodivosti pri ožiarení laserovým svetlom dochádza práve vo vrchných vrstvách oxidu medi, v ktorých dochádza k intenzívnej tvorbe elektrónových párov, takzvaných Cooperových párov. Tieto páry sa môžu pohybovať medzi kryštálovými vrstvami v dôsledku tunelovacieho efektu, čo naznačuje kvantovú povahu pozorovaných efektov. A za normálnych podmienok sa kryštály YBCO stávajú supravodičmi až pri teplotách pod kritickým bodom tohto materiálu.

V experimentoch uskutočnených v roku 2013 vedci zistili, že žiarenie silného infračerveného lasera na kryštál YBCO spôsobilo, že materiál sa pri izbovej teplote nakrátko stal supravodičom. Je zrejmé, že laserové svetlo ovplyvňuje adhéziu medzi vrstvami materiálu, aj keď mechanizmus tohto efektu nie je celkom jasný. A aby zistili všetky podrobnosti o tom, čo sa deje, vedci sa obrátili na možnosti lasera LCLS, doteraz najvýkonnejšieho röntgenového lasera.

"Začali sme na materiál narážať pulzmi infračerveného svetla, ktoré vzrušilo niektoré atómy, čo spôsobilo, že vibrovali s pomerne silnou amplitúdou."
- hovorí Roman Mankowsky, fyzik z Inštitútu Maxa Plancka, -"Potom sme použili röntgenový laserový impulz bezprostredne po infračervenom laserovom impulze na meranie presného množstva posunutia, ku ktorému došlo v kryštálovej mriežke."

Výsledky ukázali, že pulz infračerveného svetla nielen excitoval atómy a spôsobil ich vibráciu, ale tiež spôsobil ich posunutie z polohy v kryštálovej mriežke. To spôsobilo, že vzdialenosť medzi vrstvami oxidu medi a ostatnými vrstvami kryštálu sa na veľmi krátky čas zmenšila, čo následne viedlo k zvýšeniu prejavu efektu kvantovej väzby medzi nimi. Výsledkom je, že kryštál sa pri izbovej teplote stáva supravodičom, hoci tento stav môže trvať len niekoľko pikosekúnd.

„Výsledky, ktoré sme získali, nám umožnia urobiť nejaké zmeny a zlepšiť existujúcu teóriu vysokoteplotných supravodičov. Naše údaje navyše poskytnú neoceniteľnú pomoc materiálovým vedcom, ktorí vyvíjajú nové vysokoteplotné supravodivé materiály s vysokou kritickou teplotou. - hovorí Roman Mankovský, -"A v konečnom dôsledku to všetko, dúfam, povedie k snu o supravodivom materiáli pri izbovej teplote, ktorý nevyžaduje žiadne chladenie." A objavenie sa takého materiálu by zase mohlo poskytnúť množstvo objavov v mnohých ďalších oblastiach, ktoré využívajú fenomén supravodivosti.