Ενεργειακή επανάσταση:  Νέα έρευνα μας φέρνει ένα βήμα πιο κοντά στην υπεραγωγιμότητα

Το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας (μηδενικής ηλεκτρικής αντίστασης) ανακαλύφθηκε το 1911 από τον Δανό φυσικό Χάικε Κάμερλινγκ. Από τότε έχουν σχεδιαστεί διάφορες συσκευές, όπως μηχανήματα MRI ή αντιδραστήρες σύντηξης, ωστόσο καμία από αυτές δεν έχει κατασκευαστεί για τον απλό λόγο ότι η υπεραγωγιμότητα έχει παρατηρηθεί σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273,15°C).

Έκτοτε, σημειώθηκε σημαντική πρόοδος, με διάφορα υλικά, όπως τα οξείδια του χαλκού, να παρουσιάζουν υπεραγωγιμότητα σε υψηλότερες θερμοκρασίες (-147°C). Ωστόσο, το ιερό δισκοπότηρο του συγκεκριμένου κλάδου της επιστήμης ήταν και παραμένει η υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου.

Το ιερό δισκοπότηρο: Υπεραγωγοί σε θερμοκρασία δωματίου

Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, αναφέρεται ότι μια κατάσταση που ονομάζεται «ρύθμιση πυκνότητας ζευγών Cooper» (Pair Density Modulation - PDM) παρουσιάζει υπεραγωγιμότητα και μπορεί αρχικά να οδηγήσει στην καλύτερη κατανόηση του φαινομένου και, μελλοντικά, στη δημιουργία υπεραγωγών σε θερμοκρασία δωματίου.

Όπως διαβάζουμε στο Popular Mechanics, όταν οι υπεραγωγοί φτάνουν στην κρίσιμη θερμοκρασία τους (Tc), σχηματίζουν αυτό που ονομάζεται «ζεύγη Cooper», και παρατηρούνται δονήσεις στην κρυσταλλική δομή των ατόμων, γνωστές ως φωνόνια. Εφόσον τα μέταλλα παραμένουν μέσα σε αυτό το στενό ενεργειακό εύρος, τα ζεύγη δεν χάνουν ενέργεια λόγω συγκρούσεων—δηλαδή, επιτυγχάνεται υπεραγωγιμότητα.

Κλειδί ο σίδηρος, υπό εξέταση και άλλα υλικά

Στη νέα μελέτη εξετάζεται η ιδέα ότι το ενεργειακό εύρος μπορεί να διαφέρει κατά μήκος ενός υλικού, δηλαδή να είναι ισχυρότερο σε ορισμένες περιοχές και ασθενέστερο σε άλλες. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη της έννοιας του «κύματος πυκνότητας ζευγών» (Pair Density Wave - PDW), η οποία προτείνει ότι αυτή η διαμόρφωση συμβαίνει σε ένα μεγάλο μήκος κύματος. Το υλικό που μελετήθηκε ήταν μία ένωση σιδήρου με το μικρότερο δυνατό εύρος μήκους κύματος, το οποίο, στην πραγματικότητα, αντιστοιχεί στην απόσταση των ατόμων στην κρυσταλλική δομή. Η ομάδα επιβεβαίωσε αυτή τη θεωρία με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας.

Η ομάδα αναφέρει ότι αυτή η κατάσταση PDM πιθανότατα υπάρχει και σε άλλα υλικά, εκτός από τα λεπτά φύλλα σιδήρου που εξετάστηκαν, και ελπίζει ότι περαιτέρω έρευνα θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανακάλυψη νέων καταστάσεων σε άλλα υλικά. Προς το παρόν, οι ερευνητές δεν κάνουν λόγο για υπεραγωγούς σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά σίγουρα ανοίγεται ένας δρόμος για τη μελέτη των φαινομένων υπεραγωγιμότητας σε ένα μεγάλο εύρος υλικών.