Международная группа, в состав которой вошли ученые из Института Макса Планка, Германия, университета База и Оксфордского университета, США, обнаружила новый физический механизм, позволяющим некоторым материалам сохранять свойство сверхпроводимости при температуре, более высокой, нежели это было возможно ранее. Ключевым моментом данного достижения является воздействие на материал лазерным светом с определенными параметрами, а само это достижение делает на один шаг ближе реализацию мечты о транспорте на магнитной подушке, электронике, которая практически не расходует энергию при своей работе и о термоядерном синтезе.
Напомним нашим читателям, что когда электроны движутся внутри проводящего материала, их одинаковый отрицательный электрический заряд заставляет их отталкиваться друг от друга. Это, в свою очередь, приводит к тому, что электроны, сталкиваясь с атомами токопроводящего материала, теряют часть своей энергии, которая выделяется в виде паразитного тепла. Доля тепловых потерь энергии за счет сопротивления проводников достаточно велика и некоторые электронные компоненты за счет этого нагреваются столь сильно, что им требуется эффективное принудительное охлаждение.
Но когда некоторые из существующих материалов охлаждаются к температуре в несколько градусов выше абсолютного нуля, движущиеся в них электроны объединяются в так называемые Куперовские пары. Эти пары обладают удивительной способностью, они перемещаются внутри материала, не сталкиваясь с атомами, не встречая сопротивления и не тратя на перемещение лишней энергии. Этот специфичный эффект называется низкотемпературной сверхпроводимостью, а некоторые ученые уже давно пытаются найти искусственные материалы, способные оставаться в сверхпроводящем состоянии при более высоких температурах.
Во время своих экспериментов ученые использовали молекулы фуллерена, формы углерода, молекула которого имеет форму футбольного мяча, связанные с несколькими атомами калия (K3C60). Известно, что такой материал становится сверхпроводником при температурах ниже 20 Кельвинов (-253 градуса Цельсия). Но, воздействие на этот материал импульсами инфракрасного лазера позволило ему сохранить сверхпроводящее состояние до температуры в 100 Кельвинов (-173 градуса Цельсия).
Специально подобранная частота лазерного света заставила молекулы фуллерена колебаться со своей собственной резонансной частотой. Примечательно, что вибрирующие под воздействием света молекулы перестали быть сверхпроводником при температуре в 20 Кельвинов, однако, эффект сверхпроводимости возник при дальнейшем повышении температуры. Ученые считают, что им удалось обнаружить совершенно новое состояние сверхпроводящих материалов, которое наилучшим способом подходит для создания высокотемпературных сверхпроводников, которые являются «священным Граалем» для ученых, работающих в данном направлении.
Отметим, что ученым известно еще несколько типов высокотемпературных сверхпроводников, в составе которых присутствует медь. Эти материалы, называемые купратами, рассматриваются в качестве одних из самых перспективных кандидатов на практическое использование сверхпроводимости при нормальной температуре окружающей среды. Однако физические процессы, которые отвечают за возникновение сверхпроводимости в этих материалах при высокой температуре и по сегодняшний день остаются загадкой для ученых. Исследование с использованием более простых фуллеренов позволит ученым узнать больше о процессах высокотемпературной сверхпроводимости и применить свои знания по отношению к другим материалам.
«То, на что мы наткнулись, является лишь малой частью одной очень большой загадки» — рассказывает доктор Стивен Кларк (Dr. Stephen Clark), ученый из института Макса Планка, — «Однако, полученные нами результаты представляют собой указатель, определяющий направление дальнейших исследований явления сверхпроводимости». А следующими шагами, которые намерены предпринять ученые, станут попытки поиска или синтеза новых материалов, которые под воздействием света лазера будут переходить в сверхпроводящее состояние еще при более высокой температуре, которая уже будет приближаться к нормальной температуре окружающей среды.
