Nová teorie možná dovolí dosáhnout supravodivosti za pokojové teploty

U vysokoteplotních supravodičů vědci popsali řadu zvláštních vlastností, které dosud nedokázali dát do vzájemných souvislosti. Nyní Séamus Davis, profesor fyziky z Cornellovy Univerzity a Dung-Hai Lee, profesor fyziky na Univerzitě v kalifornském Berkeley oznámili, že u všech těchto doprovodných jevů, ale také u supravodivosti samotné, lze určit jednu společnou příčinu. Navíc přišli s vysvětlením, proč se projevuje v tolika různých podobách. Teorie by mohla být prvním krokem k novému typu supravodičů, fungujících za vyšších teplot. To by přineslo revoluci do elektrotechniky, protože by pak bylo možné vyrábět výkonnější motory a generátory využívající bezztrátového přenosu energie.

Supravodivost je jev, při němž proud prochází vodičem s nulovým odporem a proto nedochází k jeho ztrátám. Poprvé byla supravodivost popsána v kovech zchlazených až téměř k absolutní nule. Nyní však složité krystaly mědi, železa a některých jiných kovů obohacené stopovými prvky vykazují supravodivé vlastnosti i za teplot okolo 150 stupňů Kelvina (tzn. 150 stupňů Celsia nad absolutní nulou). Profesor Davis posledních deset let zkoumal tyto materiály v prostředí, kde byly naprosto odizolovány od vibrací, takže mohl pod mikroskopem pozorovat pohyby na jejich povrchu i na vzdálenost menší než je velikost jediného atomu. Objevil několik vzájemně propojených stavů těchto supravodičů.

Elektrony, které vytvoří do sebe zapadající páry s opačným spinem, se chovají magneticky neutrálně a jsou schopny se materiálem pohybovat bez odporu. Lee a Davis toto nazývají „antiferomagnetickou“ interakcí a tvrdí, že se jedná o univerzální příčinu supravodivosti. Že se makroskopicky projevuje u různých materiálů jinak, je prý dáno rozdílnými úrovněmi energií elektronů v jednotlivých materiálech.
Vysokoteplotní supravodiče jsou tvořeny pravidelnými krystaly, v nichž se stále znovu opakuje tatáž struktura atomů. Čím vyšší je teplota, tím více se atomy pohybují - elektronové páry se rozpojí a materiál ztratí supravodivé vlastnosti. Kdyby se podařilo vytvořit materiál, kde budou elektrony držet absolutně pevně, bylo by možné supravodivosti dosáhnout i za pokojové teploty. Matematicky prý lze s pomocí této teorie také popsat, jakou krystalickou strukturu měl tento materiál měl mít. Nová jednotná teorie supravodivosti také dokáže předpovědět stavy, v nichž se supravodivé materiály na bázi mědi, železa i některých jiných kovů budou nacházet.

Celý článek na phys.org
Foto: výzkumný tým prof. Davise