Fizicienii au găsit „fantoma” superconductivității. Perechile de electroni rezistă după ce fenomenul pare să dispară

Superconductivitatea este asociată cu o regulă aparent simplă: răcești suficient un material, iar la o anumită temperatură rezistența electrică dispare. Dar experimentele realizate pe ditelurură de uraniu, UTe₂, arată că povestea microscopică poate fi mult mai ciudată. Fizicienii au identificat dovezi că perechile de electroni asociate superconductivității continuă să existe într-o formă organizată chiar și după ce materialul nu mai prezintă superconductivitate clasică. Rezultatul a fost prezentat recent de University of Illinois și a revenit în atenție pe 7 octombrie prin ScienceDaily.

Fenomenul a fost comparat de cercetători cu zâmbetul Pisicii de Cheshire din Alice în Țara Minunilor: pisica dispare, dar zâmbetul rămâne. În acest caz, superconductivitatea dispare, însă o parte din structura cuantică ce o produce pare să persiste.

Perechile Cooper nu dispar imediat

Într-un superconductor obișnuit, electronii se pot organiza în așa-numitele perechi Cooper. În loc să fie împrăștiați individual de atomii materialului, acești electroni se comportă colectiv, ceea ce permite curentului electric să circule fără rezistență.

Când temperatura depășește valoarea critică, imaginea standard spune că această stare coerentă se destramă. Experimentele asupra UTe₂ sugerează însă că lucrurile pot fi mai complexe.

Vezi și:

Întrebarea la care să nu răspunzi în grabă când ești oprit de Poliție în trafic. Ce recomandă un avocat șoferilor

Cercetătorii au găsit semnături ale unor structuri numite „pair density waves” – unde de densitate ale perechilor. Într-o asemenea stare, perechile Cooper nu sunt distribuite uniform, ci formează un model periodic în interiorul materialului.

Surpriza este că semnăturile acestor structuri au fost detectate și peste temperatura critică la care superconductivitatea globală dispare. Asta sugerează că perechile pot începe să se formeze înainte ca întregul material să intre într-o stare superconductoare coerentă.

UTe₂ este deja unul dintre cele mai ciudate materiale studiate

Ditelurura de uraniu este intens cercetată deoarece pare să manifeste o formă neconvențională de superconductivitate. Nu se comportă exact precum materialele descrise de teoria clasică BCS și poate găzdui stări cuantice exotice.

Vezi și:

O particulă de sticlă de 100 de nanometri a fost „împletită” cu lumina: experimentul care apropie fizica cuantică de aplicații reale

Cercetătorii au teleportat pentru prima dată o imagine prin 100 de canale cuantice simultan

Astfel de materiale sunt importante pentru fizica fundamentală, dar și pentru dezvoltarea tehnologiilor cuantice. Playtech a explicat anterior cum funcționează perechile Cooper în superconductori și de ce înțelegerea lor este esențială pentru materialele care transportă electricitate fără pierderi.

Mai recent, cercetătorii și companiile explorează chiar folosirea unor tranzistori superconductori pentru electronica computerelor cuantice. Componentele capabile să funcționeze în același mediu criogenic cu qubiții ar putea simplifica anumite arhitecturi.

Totuși, noua descoperire este în primul rând una de fizică fundamentală. Nu înseamnă că a fost găsit un superconductor care funcționează la temperatura camerei.

Descoperirea poate schimba modul în care este definită tranziția superconductoare

Dacă perechile Cooper există deja deasupra temperaturii critice, atunci apariția superconductivității ar putea avea două etape distincte. Mai întâi se formează perechile, iar abia ulterior acestea dobândesc ordinea colectivă necesară pentru ca rezistența electrică să dispară.

Această idee a fost discutată și pentru alte clase de superconductori neconvenționali, dar observarea undelor de densitate ale perechilor în UTe₂ oferă o nouă piesă experimentală.

Fizica materiei condensate produce frecvent stări care par imposibile după intuiția clasică. Playtech a relatat, de exemplu, despre tranziția dintre o stare superfluidă și una de tip supersolid, un alt exemplu de comportament colectiv cuantic neobișnuit.

Pentru moment, „fantoma” superconductivității nu rezolvă problema construirii unor materiale fără rezistență la temperaturi obișnuite. Dar poate explica mai bine ce se întâmplă chiar înainte de apariția superconductivității și poate ajuta fizicienii să înțeleagă de ce unele materiale intră în această stare prin mecanisme diferite de cele clasice.

Cât poate câștiga un român ca șofer de TIR în Spania. De ce unii renunţă în ciuda sumei destul de mari