Till forskare inom området, de är kända som "dåliga metaller, men de är inte riktigt så dåliga. I själva verket de är de bästa supraledarna eftersom de kan leda ström med högsta effektivitet och utan motstånd upp till höga temperaturer. Detta har setts experimentellt. Ändå förblir deras beteende ett mysterium. De frånstötande krafterna mellan elektronerna i dessa material är mycket starkare än i lågtemperatursupraledare:så hur övervinner partiklar med samma laddning dessa krafter och klarar av att para ihop sig och transportera ström som det händer i "traditionella" supraledare?

Ett team av forskare från SISSA i Trieste i samarbete med Wiens tekniska universitet har hittat en möjlig, överraskande svar. Enligt studien publicerad i Fysiska granskningsbrev , i dessa material skulle elektronerna omvandlas till nya föremål, med en aldrig tidigare skådad karaktär som skulle tillåta dem att para ihop sig och därigenom supraleda strömmen. I sin forskning, forskarna visade också det speciella med en ny typ av dåliga metaller, kallas "Hunds metaller, ' viktigt för en klass av järnbaserade material. Forskare tror att dessa material är särskilt intressanta eftersom de är supraledande och ganska formbara, vilket gör dem mycket lämpade för tekniska tillämpningar.

Lågtemperatursupraledare

"Supraledare är intressanta material eftersom de döljer många mysterier som förblir olösta och, på samma gång, de erbjuder en otrolig applikationspotential, " förklara Laura Fanfarillo, Angelo Valli och Massimo Capone, författare till forskningen. De är kemiska föreningar som, under en kritisk temperatur, leda elektricitet utan motstånd, alltså utan värmeavledning. Det är lätt att föreställa sig deras potential inom det tekniska området. Om det inte var så för många av dem, så kallade lågtemperatursupraledare, supraledning uppträder vid temperaturer mycket nära den absoluta nollpunkten, gör användningen komplicerad och mycket kostsam. Dock, det finns även högtemperatursupraledare, som dåliga metaller, vars kritiska temperatur, även om det är långt under noll, kräver en mycket mindre komplicerad och dyr kylning. Av denna anledning, dessa material anses vara de mest intressanta supraledarna att utforska för att belysa de fysiska egenskaperna som gör dem så speciella.

"Och ändå flyttar de (tillsammans)"

Forskarna förklarar att "I lågtemperatursupraledare vet vi att supraledning är resultatet av elektronparningen som övervinner repulsionen på grund av deras negativa laddning tack vare en "mediator." När de väl är organiserade i par börjar elektronerna att röra sig koherent och transportera elektrisk ström utan att stöta på något motstånd. I dåliga metaller, Coulomb-avstötningen, som elektronerna är föremål för, är mycket starkare än i traditionella metaller. Denna avstötning, i teorin, borde ännu mer bestämt förhindra bildandet av dessa par och transporten av superströmmen." Det är här frågan uppstår:"Eftersom vi vet att parningen mellan elektroner är mekanismen i basen av supraledning och att, åtminstone i det här fallet, det finns en medlare, det återstår att förstå hur dåliga metaller är så bra supraledare. Med våra beräkningar, vi har försökt belysa detta spännande mysterium."

Kvasipartiklar för att leda elektricitet

Vad forskarna upptäckte är att det är just egenskaperna som, vid en ytlig blick, skulle göra dem till de sämsta tänkbara kandidaterna, som gör dessa material till så kraftfulla supraledare. I dessa material, elektronerna omvandlas till speciella kvasipartiklar vars egenskaper faktiskt är mycket mer kompatibla med parning, därigenom rättfärdigar deras experimentella beteende. Dock, det slutar inte här:"I detta arbete visade vi också att en ny typ av dålig metall som kännetecknas av en speciell typ av repulsion, kallad 'Hunds metall, ' öppnar intressanta möjligheter inom området supraledning. Våra resultat, " avslutar forskarna "exakt och elegant förklarar en mängd experimentella bevis i klassen av järnsupraledare, en relativt ny typ av material som upptäcktes 2008, men vars oöverträffade egenskaper fortfarande är ett forskningsfält fullt av frågor för vetenskapsmän."