Super saznanje o superprevodnosti

18.07.2025

Istraživači s Kalifornijskog instituta za tehnologiju Caltech otkrili su novo stanje superprovodljivosti. „Razumevanje mehanizama koji dovode do formiranja superprovodljivosti i otkrivanja novih egzotičnih superprovodnih faza nije samo jedan od najstimulativnijih poduhvata u fundamentalnom proučavanju kvantnih materijala, već je vođen i onim krajnjim snom o postizanju superprovodljivosti na sobnoj temperaturi“, izjavio je dr Stevan Nadj-Perge, profesor primenjene fizike i nauke o materijalima na Caltechu.

Foto: Superprovodljivost je kvantno fizičko stanje u kome metal može savršeno da provedi struju bez ikakvog otpora. Njegova najpoznatija upotreba je da omogući snažne magnete u MRI mašinama da stvore magnetna polja koja omogućavaju lekarima da pogledaju u telo. Do sada, materijali mogu da postignu samo superprovodljivost na ekstremno niskim temperaturama, blizu apsolutne nule. Na slici je prikazana prostorna modulacija superprovodnog jaza, kodirana u boji i merena skenirajućom tunelskom mikroskopijom. 
Izvor: Caltech, Lingyuan Kong, IQIM/AWS

U običnim metalima, pojedinačni elektroni se sudaraju s jonima dok se kreću kroz mrežu metala sastavljenu od suprotno naelektrisanih jona. Sa svakim sudarom, elektroni gube energiju. Ovo, zauzvrat, povećava električni otpor. U superprovodnicima, međutim, elektroni su slabo privučeni jedni drugima i mogu da se vežu u parovima koji se nazivaju Kuperovi (Cooper) parovi. Sve dok elektroni ostaju u određenom relativno malom opsegu energetskih nivoa, nazvanom energetski jaz, ostaju u paru i ne gube energiju usled sudara. Zbog toga se u ovom relativno malom energetskom jazu javlja superprovodljivost. Normalno, energetski jaz superprovodnika je isti na svim mestima u materijalu.  

Nadgradnja teorije starije od pola veka 

Šezdesetih godina prošlog veka naučnici su počeli da teoretišu da bi energetski jaz u nekim superprovodnim materijalima mogao da varira u prostoru. To znači da jaz može biti jači u nekim područjima, a slabiji u drugima. Ulaskom u novi milenijum, ova ideja je dalje razvijena s predlogom takozvanog stanje gustine pare talasa. Ono znači da bi moglo doći do superprovodnog stanja u kome je energetski jaz modulisan dugom talasnom dužinom, s jazom koji osciluje između većeg i manjeg obima. Tokom protekle decenije ovaj koncept je izazvao mnogo eksperimentalnog interesovanja, s mnogobrojnim materijalima, uključujući i superprovodnike na bazi gvožđa, koji se istražuju kao potencijalni domaćini stanja gustine pare talasa. 

Dr. Nadj-Perge i kolege su koristeći izuzetno tanke pahuljice superprovodnika na bazi gvožđa FeTe0.55Se0.45 otkrili modulaciju superprovodnog jaza s najmanjom mogućom talasnom dužinom koja odgovara razmaku između atoma u kristalu. Nazvali su je modulacijom gustine Kuperovih (Cooper) parova. „Posmatrana modulacija jaza, koja dostiže i do 40 procenata, najjača je modulacija jaza o kojoj smo dosad izveštavali“, objasnio je vodeći autor novog naučnog rada, dr. Lingiuan (Lingyuan) Kong, AWS Quantum postdoktorski istraživač na Caltechu. Dodao je da je ovo najjasniji eksperimentalni dokaz do sada da modulacija jaza može da postoji i na atomskom nivou. 

Ovo neočekivano otkriće omogućeno je prvom uspešnom implementacijom eksperimenata skeniranja tunelske mikroskopije na bazi gvožđa na specijalizovanom uređaju za proučavanje takvih tankih pahuljica. Takvi eksperimenti su ometani skoro dve decenije teškom površinskom kontaminacijom, ali je tim s Caltecha koji radi na Kavlijevom Institutu za nanonauku tamo razvio novi eksperimentalni pristup koji je omogućio da površina bude dovoljno čista za mikroskopske sonde. 

Autor: Jernej Kovač