Superconductivitatea a fost descoperită în 1911, dar proprietățile și caracteristicile sale nu au fost încă studiate pe deplin. Noile cercetări privind nanofilele ajută la înțelegerea modului în care acest fenomen este pierdut.
Problema păstrării băuturilor reci în timpul verii fierbinți este o lecție clasică de schimbare de fază. Acestea trebuie studiate, substanța trebuie încălzită și schimbarea proprietăților sale trebuie observată. Când ajungeți la așa-numitul punct critic, adăugați apă sau căldură - și urmăriți cum substanța se transformă în gaz (sau abur).
Acum imaginați-vă că ați răcit totul la temperaturi foarte scăzute - atât de mult încât toate efectele termice au dispărut. Bine ați venit la realitatea cuantică, unde presiunea și câmpurile magnetice nu afectează în niciun fel apariția unor faze noi! Acest fenomen se numește tranziție de fază cuantică. Spre deosebire de o tranziție convențională, o tranziție cuantică formează proprietăți complet noi, cum ar fi superconductivitatea (în unele materiale).
Dacă aplicați tensiune unui metal supraconductor, electronii vor călători prin material fără rezistență, iar curentul electric va curge la nesfârșit, fără a încetini sau a genera căldură. Unele metale devin supraconductoare la temperaturi ridicate, ceea ce este important în cazul transmiterii puterii și prelucrării datelor bazate pe supraconductori. Oamenii de știință au descoperit acest fenomen în urmă cu 100 de ani, dar mecanismul supraconductivității în sine rămâne un mister, deoarece majoritatea materialelor sunt prea complexe pentru a înțelege în detaliu fizica tranziției de fază cuantică. Deci, cea mai bună strategie în acest caz este să ne concentrăm pe învățarea sistemelor de model mai puțin complexe.
Fizicienii de la Universitatea din Utah au descoperit că nanofilele supraconductoare realizate dintr-un aliaj de molibden-germaniu suferă tranziții cuantice de fază de la supraconductor la metal obișnuit atunci când sunt plasate într-un câmp magnetic obișnuit la temperaturi scăzute. Acest studiu a dezvăluit mai întâi procesul microscopic prin care un material își pierde supraconductivitatea: un câmp magnetic sparge perechi de electroni - perechile Cooper interacționând cu alte perechi de același tip - și experimentează o forță de amortizare de la electroni nepereche din sistem.
Cercetarea este detaliată într-o teorie critică propusă de Adrian Del Maestro, profesor asistent la Universitatea din Vermont. Teoria a descris cu exactitate modul în care evoluția supraconductivității depinde de temperatura critică, magnitudinea câmpului magnetic și orientarea, aria secțiunii transversale a nanofirului și caracteristicile microscopice ale materialului din care este fabricat. Este pentru prima dată în domeniul supraconductivității când toate detaliile tranziției cuantice de fază sunt prezise de teorie, confirmate pe obiecte reale din laborator.
„Tranzițiile cuantice de fază pot părea foarte exotice, dar sunt observate în multe sisteme - de la centrele stelelor la nucleele atomice, precum și de la magneți la izolatori”, a spus Andrey Rogachev, profesor asistent la Universitatea din Utah și autor principal al studiului. „Odată ce înțelegem vibrațiile cuantice în acest sistem mai simplu, putem vorbi despre fiecare detaliu al procesului microscopic și îl putem aplica unor obiecte mai complexe.”
Video promotional:
