Ett experiment i framkant av kondensmaterialets fysik och materialvetenskap har avslöjat att drömmen om effektivare energianvändning kan bli verklighet. Ett internationellt samarbete som leds av forskarna vid Italiens International School for Advanced Studies (SISSA) i Trieste, Università Cattolica di Brescia och Politecnico di Milano använde skräddarsydda laserpulser för att knäppa de elektroniska interaktionerna i en förening som innehåller koppar, syre och vismut. De kunde således identifiera tillståndet för vilket elektronerna inte stöter bort varandra, det är en väsentlig förutsättning för att ström ska flyta utan motstånd. Denna forskning öppnar nya perspektiv för utveckling av supraledande material med applikationer inom elektronik, diagnostik och transport. Studien har precis publicerats i Naturfysik .

Med hjälp av sofistikerade lasertekniker för att undersöka den så kallade icke-jämviktsregimen, forskarna hittade ett innovativt sätt att förstå egenskaperna hos en speciell klass av material. SISSA-teamet behandlade de teoretiska aspekterna av forskningen medan I-LAMP-laboratorierna vid Università Cattolica del Sacro Cuore (Brescia) och Politecnico di Milano samordnade den experimentella sidan.

"Ett av de största hindren för att utnyttja supraledning i daglig teknik är att de mest lovande supraledarna tenderar att bli isolatorer vid höga temperaturer och för låga dopningskoncentrationer, "förklarade forskarna." Detta beror på att elektronerna tenderar att stöta bort varandra istället för att para ihop sig och röra sig i det nuvarande flödets riktning. "För att studera detta fenomen, forskarna fokuserade på en specifik superledare med mycket komplexa fysikaliska och kemiska egenskaper, består av fyra olika grundämnen inklusive koppar och syre. "Med hjälp av en laserpuls, vi drev materialet ur dess jämviktstillstånd. En sekund, ultrakort puls gjorde det sedan möjligt för oss att lossa komponenterna som kännetecknar interaktionen mellan elektronerna medan materialet återvände till jämvikt. Metaforiskt, det var som att ta en serie ögonblicksbilder av materialets olika egenskaper vid olika tillfällen. "

Genom detta tillvägagångssätt, forskarna fann att "i detta material, avstötningen mellan elektronerna, och därför deras isolerande egenskaper, försvinner även vid rumstemperatur. Det är en mycket intressant observation, eftersom detta är den väsentliga förutsättningen för att göra ett material till en supraledare." Vad är nästa steg för att uppnå detta? "Vi kommer att kunna ta utgångspunkten i detta material och ändra dess kemiska sammansättning, till exempel, " förklarade forskarna. Efter att ha upptäckt att förutsättningarna för att producera en supraledare vid rumstemperatur finns, forskare har nu tillgång till nya verktyg för att hitta rätt recept:genom att ändra några ingredienser, de kanske inte är för långt bort från rätt formel.

Dess tillämpningar? Det magnetiska fältet som genereras genom att passera en ström genom en superledare kan användas för en ny generation magnetiska svävningståg som det som redan länkar Shanghai till sin flygplats, med mycket bättre prestanda och effektivitet. Inom diagnostik, det skulle vara möjligt att generera mycket stora magnetfält i extremt små utrymmen, vilket gör det möjligt att utföra magnetisk resonansavbildning med hög noggrannhet i mycket liten skala. Inom energitransport eller mikroelektronik, högtemperatur superledare skulle ge extremt hög effektivitet och, på samma gång, betydande energibesparingar.