Stoją za nim przedstawiciele MIT, którzy twierdzą, że udało im się zidentyfikować klucz do tego, jak niektóre materiały przechodzą w stan nadprzewodnictwa. Ale czym w ogóle jest to zjawisko i dlaczego mielibyśmy się nim interesować? Najkrócej można je wyjaśnić jako stan materiału, w którym wykazuje on zerowy opór. Wyobraźmy sobie, jak wydajne mogłoby być przesyłanie prądu, gdyby wykorzystywać w tym celu materiały nadprzewodzące. Już teraz stosuje się je między innymi w generatorach plazmy czy akceleratorach cząstek elementarnych, a sposobów wykorzystania będzie tylko przybywać.
Czytaj też: Komputer kwantowy kontra superkomputer. Na placu boju pozostał tylko jeden gracz
Niestety z nadprzewodnikami jest co najmniej jeden duży problem. Do uzyskania tych niezwykle cennych właściwości zazwyczaj potrzeba bardzo niskich temperatur. To z kolei sprawia, że ich eksploatacja okazuje się nieopłacalna i ma sens tylko tam, gdzie nadprzewodnictwo jest naprawdę potrzebne. W odniesieniu do transportu energii niekoniecznie się to sprawdza. Właśnie dlatego świat nauki szuka sposobów na łatwiejsze osiąganie stanu nadprzewodzącego, a jeden z takich zespołów badawczych zaprezentował swoje postępy na łamach Nature Materials.
Rzeczona publikacja opisuje, jak naukowcy z MIT eksperymentowali z selenkiem żelaza. Ten dwuwymiarowy materiał jest nadprzewodnikiem na bazie żelaza i przechodzi w stan nadprzewodnictwa w temperaturze około -203 stopni Celsjusza. Z punktu widzenia fizyków zajmujących się tą sprawą jest to stosunkowo wysoka wartość, lecz trudno sobie wyobrazić utrzymywanie takich temperatur w przypadku codziennych zastosowań. Oczywiście im wyższa wartość, tym lepiej, choć bez przesady – temperatura pokojowa byłaby szczególnie pożądana.
Nadprzewodnictwo mogłoby być szczególnie przydatne w kontekście transportu energii elektrycznej
Jak wykazali autorzy opisywanych badań, selenek żelaza doświadcza przejścia wskutek nieznanego wcześniej mechanizmu. Okazało się, że nie dochodzi do skoordynowanej zmiany spinów, lecz dotyczy ona atomów w selenku żelaza, które ulegają zbiorowej zmianie energii orbitalnej. Autorzy dodają, że w przypadku tego materiału nie występuje porządek magnetyczny, dlatego należy zwrócić uwagę na to, jak elektrony układają się wokół atomów żelaza i co dzieje się wraz z ich rozciąganiem.
W czasie prowadzonych eksperymentów przymocowali cienkie paski selenku żelaza do paska tytanu. Następnie zaczęli go rozciągać, rozciągając przy tym próbki selenku żelaza i szukając jednocześnie właściwości, które mogłyby zmieniać się w skoordynowany sposób. Dostrzegli skoordynowane przesunięcie orbitali atomowych, czyli elektronów, które w danym momencie nie uczestniczą w tworzeniu wiązań chemicznych, choć są przypisane do jąder atomowych.
Czytaj też: Autostradą z prędkością 650 km/h? Nadprzewodniki zrewolucjonizują transport
W selenku żelaza elektrony mogą zajmować jeden z dwóch stanów wokół atomu żelaza, co zazwyczaj ma losowy charakter. W toku analiz okazało się jednak, że rozciąganie selenku żelaza prowadziło do sytuacji, w której jego elektrony wykazywały preferowanie jednego stanu orbitalnego. To z kolei pozwala sądzić, iż istnieją pewne podstawy rzutujące na to, jak może pojawiać się nadprzewodnictwo.
