Superledning är ett fenomen där en elektrisk krets tappar sitt motstånd och blir extremt effektiv under vissa förhållanden. Det finns olika sätt på vilket detta kan ske, som ansågs vara oförenliga. För första gången, forskare har upptäckt en bro mellan två av dessa metoder för att uppnå supraledning. Denna nya kunskap kan leda till en mer allmän förståelse av fenomenet, och en dag för ansökningar.

Det finns tre välkända tillstånd av materia:fast, vätska och gas. Det finns ett fjärde tillstånd som kallas plasma, som är som en gas som blev så varm att alla dess bestående atomer lossnade, lämnar efter sig en super het röra av subatomära partiklar. Men det finns ett femte tillstånd i den motsatta änden av termometern som kallas ett Bose-Einstein-kondensat (BEC).

"En BEC är ett unikt tillstånd av materia eftersom den inte är gjord av partiklar, utan snarare vågar, "sa docent Kozo Okazaki från Institute for Solid State Physics vid University of Tokyo." När de svalnar till nära absolut noll, Atomerna i vissa material smetas ut över rymden. Denna utsmetning ökar tills atomerna - nu mer som vågor än partiklar - överlappar varandra, blir oskiljbara från varandra. Den resulterande saken beter sig som om det är en enda enhet med nya egenskaper den föregående fasta, vätska eller gastillstånd saknas, såsom superledning. Fram till nyligen var superledande BEC rent teoretiska, men vi har nu visat detta i labbet med ett nytt material baserat på järn och selen (ett icke -metalliskt element). "

Detta är första gången en BEC har experimentellt verifierats för att fungera som en superledare; dock, andra manifestationer av materia, eller regimer, kan också ge upphov till supraledning. Bardeen-Cooper-Shrieffer (BCS) regimen är ett arrangemang av materia så att när det kyls till nära absolut noll, de ingående atomerna saktar ner och ställer upp, vilket gör att elektroner lättare kan passera igenom. Detta ger effektivt det elektriska motståndet hos sådana material till noll. Både BCS och BEC kräver iskalla förhållanden och båda involverar atomer som saktar ner. Men dessa regimer är annars ganska olika. Under en lång tid, forskare har trott att en mer allmän förståelse av supraledning kan uppnås om dessa regimer skulle kunna överlappa varandra på något sätt.

"Att demonstrera supraledningsförmågan hos BEC var ett medel för ett mål; vi hoppades verkligen att utforska överlappningen mellan BEC och BCS, "sa Okazaki." Det var extremt utmanande men vår unika apparat och observationsmetod har verifierat det - det finns en smidig övergång mellan dessa regimer. Och detta antyder en mer allmän underliggande teori bakom supraledning. Det är en spännande tid att arbeta inom detta område. "

Okazaki och hans team använde metoden för laserbaserad fotoemissionsspektroskopi med ultralåg temperatur och hög energiupplösning för att observera hur elektroner betedde sig under ett materials övergång från BCS till BEC. Elektroner beter sig annorlunda i de två regimer och förändringen mellan dem hjälper till att fylla några luckor i den större bilden av supraledning.

Superledning är dock inte bara en nyfikenhet i laboratoriet; supraledande enheter såsom elektromagneter används redan i applikationer, den stora Hadron Collider, världens största partikelaccelerator, vara ett sådant exempel. Dock, som förklarats ovan, dessa kräver ultrakalla temperaturer som förbjuder utveckling av supraledande enheter som vi kan förvänta oss att se varje dag. Så det är ingen överraskning att det finns ett stort intresse för att hitta sätt att bilda superledare vid högre temperaturer, kanske en dag till och med rumstemperatur.

"Med avgörande bevis för supraledande BEC, Jag tror att det kommer att få andra forskare att utforska supraledning vid högre och högre temperaturer, "sa Okazaki." Det kan låta som science fiction för tillfället, men om supraledning kan inträffa nära rumstemperatur, vår förmåga att producera energi skulle öka kraftigt, och våra energibehov skulle minska. "