Mówi się bowiem o bezoporowym przesyłaniu prądu w nadprzewodnikach wysokotemperaturowych. Stojące za nim mechanizmy były do tej pory nieznane, a w najlepszym przypadku – słabo zidentyfikowane. O szczegółach swoich dokonań autorzy piszą na łamach Nature.
Czytaj też: Nadchodzi koniec krzemu! Materiały 2D dadzą nam elektronikę nowej generacji
Zacznijmy od tego, że tworzenie powiązanych ze sobą par nośników ładunku odgrywa kluczową rolę w nadprzewodnictwie. Każdy elektron bądź dziura elektronowa posiada bowiem kwantową wielkość fizyczną, którą można sobie wyobrazić jako miarę wewnętrznego obrotu cząsteczki. Atomy również ją posiadają, choć tylko cząstki o spinie całkowitym mogą w pewnych warunkach poruszać się przez siatkę krystaliczną bez oporu. A taką właśnie siatkę ułożyli naukowcy stojący za badaniem.
Celem badaczy było zrozumienie procesów zachodzących w niekonwencjonalnych nadprzewodnikach. Skorzystali w tym celu z symulatora kwantowego, by ułożyć wysoce schłodzone atomy w próżni. Skorzystali z wiązki laserowej, tworząc układ, w którym zachodzi symulacja zachowania elektronów w uproszczonym modelu ciała stałego. Spiny atomów ułożyły się na przemian, a z czasem naukowcy ograniczyli liczbę atomów w układzie.
Do przeprowadzenia obserwacji naukowcy wykorzystali kwantowy mikroskop gazowy
Struktura siatki doczekała się więc dziur. Jak zauważyli, poruszające się nośniki ładunku w materiale takim jak objęty badaniami (w tym przypadku w wysokotemperaturowym nadprzewodniku) podlegają konkurencji różnych sił. I choć oddziaływania magnetyczne najprawdopodobniej umożliwiają tworzenie par nośników ładunku, to wspomniana konkurencja mogła uniemożliwiać obserwację takich par pod mikroskopem. Niestrudzeni naukowcy się jednak nie poddali i znaleźli sposób na wyjście z sytuacji obronną ręką.
Aby tego dokonać, postanowili zapobiec niszczycielskiemu ruchowi nośników ładunku w jednym kierunku przestrzennym. Niemal niezakłócone siły magnetyczne umożliwiły dziurom elektronowym tworzenie par. Ich obserwacje były możliwe dzięki kwantowemu mikroskopowi gazowemu, który uwiecznił także względne ułożenie tych par. Jest to teoretyczny dowód na występowanie między nimi sił odpychających.
Czytaj też: Nadprzewodniki mają właściwości, które pozostawały niezbadane. Teraz wiemy o nich coraz więcej
Kolejne eksperymenty w tej sprawie powinny być jeszcze bardziej zaawansowane. Jeśli naukowcy zaangażują większe układy, w których atomów będzie więcej, będą w stanie stworzyć więcej par dziur i umożliwią obserwację ich ruchu. Co mogłoby to oznaczać w praktyce? Najkrócej mówiąc (i wybiegając w dość odległą przyszłość): transport prądu elektrycznego bez oporu.
