Ponašanje kakvo dosad nije viđeno: Naučnici otkrili novi oblik kvantnog kretanja elektrona

Superprovodni materijali decenijama predstavljaju jedan od najvažnijih ciljeva moderne fizike zbog svoje sposobnosti da provode električnu struju bez ikakvog otpora i gubitka energije u vidu toplote. Uspešna primena ovakvih materijala na višim temperaturama obećava revoluciju u funkcionisanju energetskih mreža, transportu i razvoju kvantnih računara.

​Istraživački tim sa prestižnog američkog univerziteta University of Illinois at Urbana-Champaign došao je do otkrića koje iz korena menja dosadašnje shvatanje kvantnih procesa. Naučnici su na površini uranijum-ditelurida otkrili potpuno nov i do sada neviđen oblik elektronskog ponašanja, a rezultati studije zvanično su objavljeni u naučnom časopisu PNAS.

Preporučujemo

​Elektroni koji se udružuju pre same tačke prelaza

​U klasičnim superprovodnicima, slobodni elektroni se na ekstremno niskim temperaturama kondenzuju u specifično kvantno stanje, formirajući takozvane Kuperove parove koji kroz materijal prolaze bez prepreka. Fizičari su još 2007. godine teorijski predvideli postojanje znatno složenijeg fenomena pod nazivom talas gustine parova (PDW), gde se ovi parovi elektrona kreću u tačno definisanim, periodičnim obrascima.

​Najveće iznenađenje u novom eksperimentu leži u činjenici da su ovi kvantni obrasci opstali i iznad kritične temperature na kojoj materijal gubi svojstva superprovodljivosti.​Kako objašnjava fizičar Eduardo Fradkin, u konvencionalnim sistemima Kuperovi parovi nastaju tek kada se završi potpuni fazni prelaz u superprovodno stanje. Međutim, uočavanje talasa gustine parova iznad te granične tačke dokazuje da se elektroni udružuju unapred, u jednom sasvim drugom međustanju koje do sada nikada nije eksperimentalno dokazano na ubedljiv način.

​Retki kristal i napredni vektorski mikroskop

​Uranijum-ditelurid prelazi u stanje superprovodljivosti na temperaturi ispod 2,1 Kelvina (oko -271°C). Ovaj materijal je posebno intrigantan naučnoj zajednici jer spada u izuzetno retku klasu takozvanih spin-triplet superprovodnika, u kojima elektronski parovi zadržavaju i specifičnu magnetsku orijentaciju.

​Za potrebe ovog istraživanja, tim je sintetisao izuzetno čist uzorak materijala i posmatrao ga pomoću skenirajućeg tunelskog mikroskopa opremljenog naprednim vektorskim magnetnim poljem.

​Fizičar Džen Džu navodi da je ključna prednost aparata bila sposobnost primene magnetnog polja širokog raspona u više različitih smerova. Sistematskim menjanjem jačine polja, njegovog smera i temperature, istraživači su precizno pratili razvoj kvantnih šablona i dokazali da uočeno ponašanje nije spoljna anomalija, već urođeno svojstvo samog materijala.

​Ovo otkriće pruža teorijskim fizičarima dragocen uvid u mehanizme formiranja elektronskih parova, što bi u budućnosti moglo pomoći u sintezi novih materijala sposobnih da zadrže superprovodna svojstva u znatno blažim temperaturnim uslovima.

(Telegraf.rs)