Att avslöja mysteriet med supraledning vid höga temperaturer, specifikt i kopparoxidmaterial, är fortfarande en av de mest förbryllande utmaningarna i modern solid-state fysik. Men ett internationellt forskargrupp av ingenjörer och forskare kan ha tagit ett steg närmare förståelsen.

Superledare är material som får unika fysiska egenskaper när de kyls till extremt låga temperaturer. De slutar motstå en elektrisk ström, låta strömmen passera fritt utan energiförlust. Superledare används i teknik som MR -maskiner, elektriska motorer, trådlösa kommunikationssystem och partikelacceleratorer. Medan tusentals exempel på supraledande material är kända för det vetenskapliga samfundet, många frågor återstår om varför och hur supraledning uppstår. Ny forskning kan ge ett svar.

Ett forskargrupp som inkluderar Jianshi Zhou, forskningsprofessor i maskinteknik vid Cockrell School of Engineering och medlem i University of Texas vid Austin's Texas Materials Institute, har bekräftat förekomsten av en fasövergång vid en temperatur nära absoluta noll grader, högre än den temperatur som behövs för många superledare, i kopparoxidbaserade (eller kuprat) supraledande material. Teamet tror att det kan vara under denna fasövergång, den "kvantkritiska punkten, "när supraledning faktiskt inträffar. Resultaten publicerades i ett nyligen publicerat nummer av tidskriften Natur .

Studien mätte effekterna av värme på två kopparsystem som är kända för att vara superledare:Eu-LSCO och Nd-LSCO, båda kopparoxidbaserade kristallsystem. De två materialen kyldes till sina kritiska temperaturpunkter medan stora magnetfält användes för att undertrycka deras supraledning. De resulterande termodynamiska signaturerna som producerades genom experimentet bekräftade förekomsten av "kvantkritikalitet" -fasen i de analyserade exemplen.

"Kvantkritik" hade föreslagits som en potentiell faktor för att underlätta supraledning i kopparsystem, "Sade Zhou." Vår studie bekräftar att så är fallet. "

Zhou är den enda amerikanska forskaren i studien och en av en handfull ingenjörer över hela världen med expertis för att odla och analysera kopparkristallsystem, en av de mest använda superledarna.

Ingenjörer klassificerar ofta material baserat på deras motståndskraft mot strömmen av elektriska strömmar. Detta är en egenskap som mäts genom att observera beteendet hos elektroner. Metaller som koppar - en nyckelkomponent i ledningar som ansluter våra smarttelefonladdare, mikrovågor, glödlampor och mer till eluttag - består av elektroner som rör sig fritt runt atomstrukturen. Detta ger svagt motstånd mot elektriska strömmar, en fastighet som ger en stark ledare.

Motstånd, hur svag som helst, är oönskad i ledande material eftersom energin som används för att motstå omvandlas till värme och är tekniskt slösad. I en perfekt värld, kablar skulle tillverkas av ett material med noll motstånd mot elektrisk ström. Det är här superledare kommer in. Men eftersom alla kända superledare måste kylas till extremt låga temperaturer, de är svåra att använda regelbundet i praktiska tillämpningar. I sista hand, ingenjörer och forskare världen över fortsätter att söka efter supraledande material som kan användas vid mycket högre temperaturer, i hopp om att nå rumstemperatur. Varje upptäckt tar forskare ett steg närmare.

"Att förstå varför dessa material blir supraledare kommer att leda oss till denna heliga gral av superledare vid rumstemperatur, "Sade Zhou." Det är bara en tidsfråga, förhoppningsvis."