Szupravezetők azok az anyagok, amelyekben az elektronok ellenállás nélkül haladhatnak, miután az anyag megfelelően alacsony hőmérsékleten, általában abszolút nulla fok közelében elvesztette elektromos ellenállását. A szupravezetés jelenségét már 1911-ben felfedezte Heike Onnes és alkalmazzák is bizonyos területeken, például a maglev vasutak esetében, de a hétköznapi gyakorlati hasznosításának sikerét az növelhetné nagyban, ha a szupravezetők szobahőmérsékleten is működnének, és nem igényelnék a cseppfolyós héliummal való hűtést.

Ilyen anyagokkal már régóta kísérleteznek a laboratóriumokban, az úgynevezett magas hőmérsékletű szupravezetőket elég mínusz 196 Celsius-fokra hűteni, vagyis az esetükben hűtőközegnek megfelel a héliumnál olcsóbb és könnyebben hozzáférhető nitrogén is, viszont az anyagok ennél is kevésbé fagyos környezetben való szupravezetői képességének megtartásához már olyan hatalmas nyomásra van szükség, amely előállításának nehézségei megintcsak az útjába állnak a gyakorlati alkalmazásnak. Tavaly októberben mi is beszámoltunk arról az áttörésről, amit a New York-i Rochester Egyetem kutatói értek el, akik 15 Celsius-fokon működő szupravezetőt alkottak, azonban ehhez előtte 267 gigapascal nyomásnak tették ki a kísérlethez használt hidrogén, szén és kén keveréket.

A kulcsa a magas hőmérsékleten működő szupravezetők előállításának a benne lezajló folyamatok közelebbi megértése lehet, a Harvard és a Tampere Egyetem kutatóinak tanulmánya pedig ezzel kapcsolatban fedett fel nem várt részleteket. A megfigyelések szerint a részecskék a kétdimenziós anyagban való haladás közben csatornákat alkotnak, amelyekből újabb és újabb leágazások jönnek létre, fa alakú struktúrát eredményezve.

Ezt a típusú mozgást főként háromdimenziós rendszerekben fedezték fel,

gázokban, szappanbuborékokban, a fény terjedésében, ezért a tudósok nem számítottak a felbukkanására a szupravezetők vizsgálata során. A látszólag kaotikusan viselkedő elektronok útját szabályozni kell ahhoz, hogy a megfelelő szupravezetés kialakuljon, erre a kutatók új módszereket javasolnak, például azt, hogy egy görbülő vonalú csatornát készítenek az anyagban, amely az elektronokat csapdába ejti és egyirányú haladásra kényszeríti. Ha sikerülne az elektronokat párokba állítani és a mozgásukat rendezetté tenni az anyagon belül, akár hűtés nélkül is elérhetővé válna a szupravezetés.

A részecskék terjedésének elágazásokba torkolló jellegének felfedezése olyan újdonság, amely közelebb viheti a kutatókat a folyamatok jobb modellezéséhez és egy, az eddigi szupravezetőknél is hatékonyabb vezeték előállításához. A fizikusok arra számítanak, hogy a kialakuló, stabil csatornák, amelyeket ők szupravezetékeknek hívnak, a hullámokat indirekt módon, a dinamikai hatások révén kontroll alatt tartják és egy irányba terelik, így az elkövetkező időkben ezeknek a megfigyelésével kísérleteznek majd a laboratóriumban. Ha sikerrel járnának az elektronok irányítása terén a kutatók, az forradalmat hozhatna technológiai téren, gyorsabb maglev vonatokat és egyszerűbb felépítésű kvantumszámítógépeket eredményezve.

(Fotó: J. Adam Fenster/University of Rochester, Harvard University/Blochbusters)