Fizycy z Uniwersytetu w Lipsku po raz kolejny uzyskali głębsze zrozumienie mechanizmu stojącego za nadprzewodnikami. To przybliża grupę badawczą kierowaną przez profesora Jürgena Haase’a o krok do celu, jakim jest opracowanie podstaw teorii nadprzewodników, które umożliwiłyby przepływ prądu bez oporu i strat energii. Naukowcy odkryli, że w nadprzewodzących wiązaniach miedź-tlen, zwanych miedzianami, musi istnieć bardzo specyficzny rozkład ładunku między miedzią a tlenem, nawet pod ciśnieniem.

Potwierdziło to ich własne ustalenia z 2016 r., kiedy Haase i jego zespół opracowali eksperymentalną metodę opartą na rezonansie magnetycznym, która może mierzyć zmiany istotne dla nadprzewodnictwa w strukturze materiałów. Byli pierwszym zespołem na świecie, który zidentyfikował mierzalny parametr materiału, który przewiduje maksymalną możliwą temperaturę przejścia – warunek wymagany do osiągnięcia nadprzewodnictwa w temperaturze pokojowej. Teraz odkryli, że miedziany, które pod ciśnieniem zwiększają nadprzewodnictwo, podążają za rozkładem ładunku przewidywanym w 2016 r. Naukowcy opublikowali swoje nowe odkrycia w czasopiśmie PNAS.

„Fakt, że temperatura przemiany miedzianów może wzrosnąć pod ciśnieniem, intrygował badaczy od 30 lat. Ale do tej pory nie wiedzieliśmy, jaki mechanizm jest za to odpowiedzialny” – powiedział Haase. On i jego koledzy z Instytutu Fizyki Ciała Stałego im. Felixa Blocha znacznie zbliżyli się do zrozumienia rzeczywistego mechanizmu tych materiałów.

„Na Uniwersytecie w Lipsku – przy wsparciu Graduate School Building with Molecules and Nano-objects (BuildMoNa) – ustaliliśmy podstawowe warunki potrzebne do badania miedzianów za pomocą rezonansu jądrowego, a Michael Jurkutat był pierwszym doktorantem, który do nas dołączył. Razem, ustaliliśmy Relację Lipską, która mówi, że trzeba zabrać elektrony z tlenu w tych materiałach i dać je miedzi, żeby podwyższyć temperaturę przejścia. Można to zrobić chemią, ale też ciśnieniem. Ale mało kto pomyślałby, że możemy to wszystko zmierzyć za pomocą rezonansu jądrowego” – powiedział Haase.

Ich obecne odkrycie badawcze może być dokładnie tym, co jest potrzebne do wyprodukowania nadprzewodnika w temperaturze pokojowej, co było marzeniem wielu fizyków od dziesięcioleci i oczekuje się, że zajmie to jeszcze tylko kilka lat, według Haase. Do tej pory było to możliwe tylko w bardzo niskich temperaturach około minus 150 stopni Celsjusza i niższych, które nie są łatwe do znalezienia nigdzie na Ziemi. Mniej więcej rok temu kanadyjska grupa badawcza zweryfikowała odkrycia zespołu profesora Haase’a z 2016 r. za pomocą nowo opracowanych, wspomaganych komputerowo obliczeń iw ten sposób potwierdziła te odkrycia teoretycznie.

Nadprzewodnictwo jest już dziś wykorzystywane na różne sposoby, na przykład w magnesach do maszyn MRI iw syntezie jądrowej. Ale byłoby znacznie łatwiej i taniej, gdyby nadprzewodniki działały w temperaturze pokojowej. Zjawisko nadprzewodnictwa zostało odkryte w metalach już w 1911 roku, ale nawet Albert Einstein nie próbował wówczas znaleźć wyjaśnienia. Minęło prawie pół wieku, zanim teoria BCS dostarczyła zrozumienia nadprzewodnictwa w metalach w 1957 roku. W 1986 roku odkrycie nadprzewodnictwa w materiałach ceramicznych (nadprzewodniki miedzianowe) w znacznie wyższych temperaturach przez fizyków Georga Bednorza i Karla Alexandra Müllera postawiło nowe pytania, ale także wzbudził nadzieje, że nadprzewodnictwo można osiągnąć w temperaturze pokojowej.