Siekdami suprasti, kaip veikia aukštatemperatūriniai superlaidininkai, kaip juose vyksta srovės pernešimas be pasipriešinimo (varžos), mokslininkai iš Džonso Hopkinso (Johns Hopkins) universiteto ir Brukhaveno nacionalinės laboratorijos (Brookhaven National Laboratory) išmatavo superlaidumo fliuktuacijas prie įvairių temperatūrų naudodami terahercinę spektroskopiją.
Jų naudotas metodas leidžia stebėti fliuktuacijas, vykstančias vos miliardosios sekundės miliardąją dalį. Matavimai parodė, kad šie trumpi svyravimai pradingsta apie 10-15 K (kelvinų) virš virsmo temperatūros, prie kurios pasirodo superlaidumas.
„Mūsų stebėti rezultatai rodo, kad kupratų superlaidininkuose superlaidumo praradimas yra susijęs su elektronų porų koherentiškumo praradimu“, - pasakė Brukhaveno laboratorijos fizikas Ivanas Bozovičius (Ivan Bozovic). Jo straipsnis kartu su bendraautoriais yra atspausdintas „Nature“ žurnalo internetiniame puslapyje.
Nuo pat aukštatemperatūriniu superlaidumu pasižyminčių medžagų atradimo prieš dvidešimt penkerius metus, mokslininkai bando šį efektą paaiškinti. Aukštatemperatūriniai superlaidininkai turi didelį panaudojimo potencialą kasdieniniame gyvenime, nes jie veikia prie žymiai aukštesnių temperatūrų nei įprasti superlaidininkai, kuriuos reikia atšaldyti iki beveik absoliutaus nulio (0 K arba -273 laipsniai Celsijaus). Manoma, kad jei pasisektų suprasti srovės perdavimo mechanizmą, būtų galima atrasti naujas arba sukurti pagal brėžinį medžiagas, kurios veiktų kambario temperatūroje. Tai būtų milžiniškas pasiekimas mažinant energijos nuostolius elektros perdavimo tinkluose. Dėl tos priežasties, daugelis mokslininkų įsitikinę, kad vienas svarbiausių šių dienų fizikos neišspręstų uždavinių yra aukštatemperatūrinio superlaidumo supratimas.
Įprastuose superlaidininkuose elektronai sudaro poras prie virsmo temperatūros ir kondensuojasi į kolektyvinę koherentinę būseną elektros srovės pernešimui. Aukštatemperatūriniams superlaidininkams, kurie veikia prie temperatūrų iki 165 K, elektronų porų susidarymas, kaip rodo kai kurie eksperimento metu gauti parametrai, vyksta prie 100-200 K temperatūrų aukščiau nei virsmo temperatūra. Tačiau kondensacija vyksta, kai medžiaga atšaldoma iki virsmo temperatūros.
Siekdami ištirti fazinį virsmą susijusį su superlaidumu, mokslininkų grupė ieškojo superlaidumo fliuktuacijų virš virsmo temperatūros.
„Šios fliuktuacijos panašios į mažytes superlaidumo saleles ar lašelius, kurių viduje elektronų poros yra koherentinės. Šios salelės pasirodo trumpam ir vėl dingsta, kad vėl išlįstų kitoje vietoje, - pasakė Bozovičius. - Tokios fliuktuacijos yra stebimos kiekviename superlaidininke, tik įprastuose jos vyksta labai arti virsmo temperatūros, todėl fazinis virsmas yra labai staigus“.
Kai kurie mokslininkai iškėlė hipotezę, kad fliuktuacijos kupratuose, skirtingai nei įprastuose superlaidininkuose, vyksta labai plačiame temperatūrų diapazone – iki pat temperatūros, kai elektronai pradeda sudarinėti poras. Dabartiniame tyrime grupė tyrė šią idėją matuodami laidumo priklausomybę nuo temperatūros bei fliuktuacijas iki pat terahertcinio dažnio.
„Naudojant šį metodą, galima stebėti superlaidines fliuktuacijas, gyvuojančias net vieną miliardosios sekundės miliardąją dalį. Šios fliuktuacijos stebimos visoje fazinėje diagramoje“, - pasakė Bozovičius.
Mokslininkai tyrė superlaidininką, turintį įvairius lantano ir stroncio, tarp kurių yra vario oksido sluoksniai, atomų kiekius. Tiriamieji bandiniai buvo paruošti Brukhaveno nacionalinėje laboratorijoje, o terahertcinė spektroskopija atlikta Džonso Hopkinso universitete.
Pagrindinis atradimas buvo ypatingai stebinantis. Mokslininkai aiškiai matė superlaidines fliuktuacijas, bet jos santykinai greitai slopdavo – apie 10-15 K virš virsmo temperatūros nepriklausomai nuo lantano ir stroncio atomų skaičiaus santykio.
Galima daryti išvadą, kad kupratuose elektronų poros netenka koherentiškumo prie virsmo temperatūros. Tai prieštarauja procesams, vykstantiems įprastuose superlaidininkuose, kur elektronų poros išsiskiria prie virsmo temperatūros.
„Vadinasi, skirtingai nuo įprastų superlaidininkų, perėjimas į superlaidinę būseną nevyksta dėl elektronų porų susidarymo, bet, greičiausiai, dėl koherentiškumo tarp porų dingimo, - mano Bozovičius. - Yra vilties, kad šio proceso detalus supratimas leis žengti dar vieną žingsnį įminant aukštatemperatūrinio superlaidumo mįslę“.
