Sreda, 11. 11. 2020, 22.20
4 leta
Mejnik na poti do učinkovitejše elektronike
S "petim agregatnim stanjem" do novega superprevodnika
Termometer prikazuje, kako vroč je članek.
Termometer prikaže, kako vroč je članek.
0,55
Superprevodnike uporabljajo tudi v laboratorijih CERN na švicarsko-francoski meji blizu Ženeve
Raziskovalcem je prvič uspelo uporabiti Bose-Einsteinov kondenzat, znan tudi kot peto agregatno stanje, pri izdelavi superprevodnikov.
Superprevodniki bi lahko močno pospešili razvoj elektronike, saj so to snovi, ki prevajajo elektriko brez kakršnega koli upora. Obeti, ki jih superprevodniki ponujajo, so zadosten razlog za veliko zanimanje znanstvene skupnosti, ta išče nove in predvsem izvedljive načine za njihovo ustvarjanje.
Izhodišče za eksotična stanja snovi
Na univerzi v Tokiu je znanstvenikom premierno uspelo ustvariti superprevodnik iz Bose-Einsteinovega kondenzata, posebnega agregatnega stanja plina bozonov pri temperaturah blizu absolutne ničle, ki je 273,15 stopinje pod ničlo na Celzijevi temperaturni lestvici.
Poskusi so namreč pokazali, da je v teh razmerah kvantne pojave mogoče opazovati v razmeroma velikem obsegu, zato jim je iz omenjenega petega agregatnega stanja že uspelo ustvariti razna eksotična stanja snovi – celo fluide, ki kažejo negativno maso, kar je za naš realni svet precej nepredstavljivo.
Četrto agregatno stanje je plazma – to je podobno plinu na tako visoki temperaturi, da vsi atomi razpadejo in subatomski delci ustvarijo neurejeno in predvsem izjemno vročo zmedo, Bose-Einsteinov kondenzat je pa ravno na nasprotnem koncu temperaturne lestvice.
Moč najnižjih temperatur
Posebnost Bose-Einsteinovega kondenzata je, da tega agregatnega stanja ne ustvarjajo delci, temveč valovi, je dejal Kozo Okazaki, glavni avtor raziskave, o kateri so poročali v znanstveni reviji Science Advances.
Z ohlajanjem do temperatur blizu absolutne ničle se atomi nekaterih snovi razmažejo v vsem prostoru tako, da se prekrivajo in jih ni mogoče ločiti. Nastala homogena snov se vede bolj kot valovanje in ima nove lastnosti, ki jih tri klasična agregatna stanja snovi nimajo, je ob predstavitvi študije pojasnil Okazaki.
Bose-Einsteinov kondenzat, pri čemer rdeča barva predstavlja nižje hitrosti, modra in bela višje.
Teoretični koncept je postal resničnost
Japonskim raziskovalcem je prvim na svetu uspelo pokazati superprevodnost v Bose-Einsteinovem kondenzatu, ki je do takrat obstajal le kot teoretični koncept. Pripravili so ga iz oblaka atomov železa in selena.
Navdih za svoje odkritje so našli v podobnem stanju snovi – tudi Bardeen-Cooper-Schriefferjevo (BCS) stanje, imenovano po ameriških fizikih, ki so za to svojo teorijo leta 1972 prejeli Nobelovo nagrado, nastaja z ohlajanjem oblakov atoma do skoraj absolutne ničle, a se pri stanju BCS med ohlajanjem upočasnijo in razporedijo v vrsto, kar elektronom omogoča superprevodnost.
Neposredne koristi za potrošnike še ni
Z uporabo fotoemisijske spektroskopije so opazovali elektrone v obeh stanjih in ugotovili, da superprevodnost ni omejena na BCS, temveč da je je nekaj tudi v Bose-Einsteinovem kondenzatu ter da prehod med tema stanjema poteka neovirano.
Čeprav odkritje japonskih znanstvenikov (še) ne prinaša neposredne koristi za vsakdanje življenje, je to zagotovo pomemben mejnik na poti do boljših načinov za ustvarjanje boljših superprevodnikov, ki bodo temelj zmogljivejše in učinkovitejše elektronike. Idealno bo, če jim bo uspelo ustvariti superprevodnost tudi pri temperaturah, ki so čim bližje našim vsakdanjim sobnim temperaturam.
