Descoperire revoluționară: Trei noi materiale superconductoare sfidează legile fizicii

Superconductivitatea, fenomenul prin care curentul electric circulă fără rezistență, continuă să fascineze și să provoace fizicienii de peste un secol. Recent, au fost descoperite trei noi tipuri de materiale superconductor, fiecare dintre acestea punând la încercare înțelegerile clasice despre cum electronii pot colabora pentru a crea o stare cuantică fără frecare, scrie Quanta Magazine.

O provocare la adresa fizicii clasice

Dintre cele trei noi materiale descoperite, două extind limitele actuale ale cunoștințelor despre superconductivitate, iar al treilea le contrazice complet. „Este o formă extrem de neobișnuită de superconductivitate, pe care mulți ar fi considerat-o imposibilă”, a declarat Ashvin Vishwanath, fizician la Universitatea Harvard.

Încă din 1911, când fizicianul olandez Heike Kamerlingh Onnes a observat pentru prima dată dispariția rezistenței electrice, superconductivitatea a captivat lumea științifică. Misterul constă în modul în care electronii, care în mod normal se resping reciproc, reușesc să formeze perechi și să curgă nestingherit prin material.

O revoluție în știința materialelor

Descoperirile recente sunt rezultatul unei revoluții în știința materialelor: toate cele trei cazuri implică structuri formate din straturi plane de atomi. Aceste materiale sunt extrem de flexibile, permițând cercetătorilor să le transforme, printr-o simplă ajustare, din conductoare în izolatoare sau să le inducă comportamente exotice.

Matthew Yankowitz, fizician la Universitatea Washington, consideră că aceste descoperiri confirmă ideea că superconductivitatea poate apărea într-o varietate mai largă de materiale decât se credea anterior.

De la teoria clasică la noi perspective

Teoria superconductivității a fost explicată pentru prima dată în 1957 de John Bardeen, Leon Cooper și John Robert Schrieffer, prin modelul perechilor Cooper. La temperaturi foarte scăzute, electronii formează perechi care se mișcă prin material fără a întâmpina rezistență. Această teorie le-a adus Premiul Nobel pentru Fizică în 1972.

Totuși, în anii 1980, au fost descoperite materiale care superconductau la temperaturi mai ridicate, sugerând că mecanismele din spatele fenomenului sunt mai complexe decât se credea.

Graful revoluționar al graphenei

În 2018, Pablo Jarillo-Herrero de la MIT a descoperit că două straturi de grafen, răsucite la un unghi precis de 1,1 grade, pot deveni superconductoare. Ulterior, s-a descoperit că și grafenul în trei straturi, fără această răsucire, prezintă superconductivitate.

Această descoperire a deschis noi perspective asupra modului în care electronii pot fi manipulați pentru a obține superconductivitate în materiale bidimensionale.

Noi materiale, noi mistere

Recent, fizicienii au identificat superconductivitatea în materiale bidimensionale diferite de grafen, dar și o formă complet nouă de superconductivitate într-un sistem de grafen. Aceste rezultate sugerează că mecanismele care permit formarea perechilor de electroni pot fi mult mai diverse decât se credea.

Un exemplu este materialul numit dicalcogenură de metal de tranziție (TMD), unde o răsucire de 5 grade între straturi a condus la scăderea rezistenței electrice aproape de zero, indicând un comportament superconductor.

Perspective pentru viitor

Aceste descoperiri nu doar că adâncesc misterul superconductivității, dar deschid și drumul spre tehnologii revoluționare: rețele electrice fără pierderi, trenuri cu levitație magnetică și computere cuantice mai eficiente.

Fizicienii sunt acum mai aproape de a înțelege complexitatea acestui fenomen și continuă să exploreze noi materiale și combinații care ar putea transforma modul în care folosim energia electrică.

Aceste noi materiale nu doar că sfidează legile fizicii așa cum le știm, ci ne provoacă să regândim fundamentele care guvernează lumea subatomică.