Vedcom z Tokijskej univerzity sa podarilo niečo, čo dlhú dobu bolo podľa viacerých odborníkov nemysliteľné. Spojili dva úplne odlišné stavy supravodivosti a zároveň vytvorili nový druh supravodiča, informovala samotná Tokijská univerzita na svojom webe.

Supravodivosť je jav, kedy látka nekladie takmer žiadny odpor prechodu elektrickému prúdu. Supravodiče sú teda materiály, ktoré umožňujú bezstratový prenos elektrickej energie, pričom k supravodivosti môže dôjsť rôznymi spôsobmi a dokonca aj takými, o ktorých sme mysleli, že to nie je možné.

Farebné čiary hovoria o tom, kedy sa vzorka začne správať ako supravodič. Okazaki et al.

Bose-Einsteinov kondenzát – exotický piaty stav hmoty

Tímu vedcov sa totiž podarilo vytvoriť supravodič z takzvaného Bose-Einsteinového kondenzátu (BEC). Tento kondenzát považovaný za piate skupenstvo hmoty, predstavuje kvantovo mechanické skupenstvo bozónov vyskytujúce sa pri teplotách blízkych absolútnej nule.

Samotné BEC sú relatívne zvláštne. Tvoria ich bozóny ochladené iba na zlomok teploty nad absolútnou nulou, no v skutočnosti sme v ich prípade ešte nikdy nedosiahli stav absolútnej nuly. V tomto stave sa pohyb atómov úplne zastaví.

V prípade aktuálne dosiahnutého stavu sa ale ešte stále pohybujú, no tento pohyb je minimálny a ich energetický stav je veľmi nízky. Spomalený pohyb zapríčiní, že sa jednotlivé atómy prekrývajú, čím vytvoria hustý oblak atómov, ktorý pôsobí ako jeden „super atóm“ alebo vlnová hmota. Viac tvorbe BEC sa dočítaš na tomto odkaze.

„BEC je jedinečný stav hmoty, pretože nie je vyrobený z častíc ale skôr z vĺn“ vysvetľuje jeden z autor štúdie publikovanej v žurnále Science Advances,  Kozo Okazaki.

Pri ochladzovaní niektorých materiálov na teploty blízke absolútnej nule sa atómy daného materiálu začnú „rozmazávať“. Toto rozmazanie sa postupne zosilňuje až do doby, kým sa atómy (teraz už skôr vlny ako častice) nezačnú úplne prekrývať a stanú sa navzájom nerozoznateľnými, ozrejmuje vedec.

Na obrázku môžeme pozorovať správanie elektrónov (červený krížik) v testovaných vzorkách za rôznych okolností. Okazaki et al

Vznikne tak určitá hmota, ktorá sa chová ako jedna entita s úplne novými vlastnosťami, ktoré predchádzajúcim skupenstvám (plynné, kvapalné, pevné) chýbali. Jednou z týchto vlastností je aj supravodivosť aj napriek tomu, že až donedávna boli supravodivé BEC iba záležitosťou teórie.

Vedcom sa podaril aj unikátny prechod medzi dvoma stavmi

Nielenže sa vedcom podarilo poprvýkrát a experimentálne overiť, že BEC môže fungovať ako supravodič, tiež sa im ho podarilo prepojiť s úplne iným prejavom hmoty, ktorý nazývame BCS (Bardeen-Cooper-Shrieffer).

Tomuto objavu však silne konkuruje štúdia vedcov z Univerzity v Rochesteri v rámci, ktorej boli vytvorený materiál, ktorý má supravodivé vlastnosti pri izbovej teplote.

BCS je usporiadanie hmoty, kedy vplyvom jej ochladenia (skoro na absolútnu nulu) dochádza k usporiadaniu a spomaleniu atómov vplyvom čoho sa elektrický odpor tohto materiálu zníži na nulu. Napriek tomu, že BCS aj BEC si vyžadujú k bezstratovému vedeniu veľmi nízke teploty, sú to dva celkom odlišné stavy. Už dlhodobo sa totiž predpokladá, že vzájomné spojenie, respektíve zistenie, že sa tieto dva stavy nejakým spôsobom prekrývajú, môže viesť k lepšiemu pochopeniu supravodivosti.

Plynulý prechod medzi týmto dvoma stavmi sa konečne podarilo potvrdiť pomocou laserovej fotoemisnej spektroskopie s ultra nízkou teplotou a vysokým energetickým rozlíšením. Pomocou tejto metódy japonskí vedci pozorovali správanie elektrónov pri prechode zo stavu BCS do BEC a potvrdili, že hoci sa elektróny v oboch stavoch správajú odlišne z jedného stavu do druhého prejdú úplne plynulo.

Ďalší druh supravodiča objavila aj iná skupina vedcov a to ešte v septembri prostredníctvom rezonančnej ultrazvukovej spektroskopie, ktorá ukázala, že chemická zlúčenina stroncia a ruténia s názvom Sr₂RuO₄ nemôže byť žiadnym zo známych typov supravodičov , ale predstavuje nový neobjavený typ.