Sökandet efter en supraledare som kan arbeta under mindre extrema förhållanden än hundratals grader under noll eller vid tryck som de nära jordens centrum är en strävan efter en revolutionerande ny kraft – en som behövs för att magnetiskt sväva bilar och ultraeffektiv kraft framtidens nät.

Men att utveckla den här typen av "rumstemperatur" supraledare är en bedrift som vetenskapen ännu inte har uppnått.

En forskare vid University of Central Florida, dock, arbetar för att flytta detta mål närmare förverkligande, med några av hans senaste forskning publicerade nyligen i tidskriften Kommunikationsfysik .

I studien, Yasuyuki Nakajima, en biträdande professor vid UCF:s institution för fysik, och medförfattare visade att de kunde få en närmare titt på vad som händer i "konstiga" metaller.

Dessa "märkliga" metaller är speciella material som visar ovanligt temperaturbeteende i elektriskt motstånd. Det "märkliga" metalliska beteendet finns i många högtemperatursupraledare när de inte är i ett supraledande tillstånd, vilket gör dem användbara för forskare som studerar hur vissa metaller blir högtemperatursupraledare.

Detta arbete är viktigt eftersom insikt i elektronernas kvantbeteende i den "märkliga" metalliska fasen skulle kunna göra det möjligt för forskare att förstå en mekanism för supraledning vid högre temperaturer.

"Om vi ​​känner till teorin för att beskriva dessa beteenden, vi kanske kan designa supraledare för hög temperatur, " säger Nakajima.

Supraledare har fått sitt namn för att de är de ultimata ledarna av elektricitet. Till skillnad från en dirigent, de har noll motstånd, som, som en elektronisk "friktion, " gör att elektricitet tappar kraft när den strömmar genom en ledare som koppar- eller guldtråd.

Detta gör supraledare till ett drömmaterial för att leverera ström till städer eftersom energin som sparas genom att använda motståndsfri tråd skulle vara enorm.

Kraftfulla supraledare kan också sväva tunga magneter, banar väg för praktiska och prisvärda magnetiskt svävande bilar, tåg med mera.

För att förvandla en ledare till en supraledare, metallmaterialet måste kylas till en extremt låg temperatur för att förlora allt elektriskt motstånd, en abrupt process som fysiken ännu inte har utvecklat en heltäckande teori att förklara.

Dessa kritiska temperaturer vid vilka omkopplingen görs ligger ofta i intervallet -220 till -480 grader Fahrenheit och involverar vanligtvis ett dyrt och besvärligt kylsystem som använder flytande kväve eller helium.

Vissa forskare har uppnått supraledare som arbetar vid cirka 59 grader Fahrenheit, men det var också vid ett tryck på mer än 2 miljoner gånger det på jordens yta.

I studien, Nakajima och forskarna kunde mäta och karakterisera elektronbeteende i ett "konstigt" metalliskt tillstånd av icke-supraledande material, en pnictidlegering av järn, nära en kvantkritisk punkt där elektroner övergår från att ha förutsägbara, individuellt beteende att röra sig kollektivt i kvantmekaniska fluktuationer som är utmanande för forskare att beskriva teoretiskt.

Forskarna kunde mäta och beskriva elektronens beteende genom att använda en unik metallblandning där nickel och kobolt ersatte järn i en process som kallas dopning, på så sätt skapade en pnictidlegering av järn som inte supraledde ner till -459,63 grader Fahrenheit, långt under den punkt vid vilken en ledare vanligtvis skulle bli en supraledare.

"Vi använde en legering, en relativ förening av högtemperaturjärnbaserad supraledare, där förhållandet mellan beståndsdelarna, järn, kobolt och nickel i detta fall, är finjusterad så att det inte finns någon supraledning ens nära absoluta noll, " Nakajima säger. "Detta tillåter oss att komma åt den kritiska punkten där kvantfluktuationer styr elektronernas beteende och studera hur de beter sig i föreningen."

De fann att elektronernas beteende inte beskrevs av några kända teoretiska förutsägelser, men att spridningshastigheten med vilken elektronerna transporterades över materialet kan associeras med vad som är känt som Planck-förlusten, kvanthastighetsgränsen för hur snabbt materia kan transportera energi.

"Det kvantkritiska beteendet vi observerade är ganska ovanligt och skiljer sig helt från teorierna och experimenten för kända kvantkritiska material, " Nakajima säger. "Nästa steg är att kartlägga dopningsfasdiagrammet i detta järnpnictidlegeringssystem."

"Det slutliga målet är att designa supraledare med högre temperatur, " säger han. "Om vi ​​kan göra det, vi kan använda dem för magnetisk resonansavbildning, magnetisk levitation, elnät, och mer, med låga kostnader."

Att låsa upp sätt att förutsäga resistensbeteendet hos "konstiga" metaller skulle inte bara förbättra supraledarutvecklingen utan också informera teorier bakom andra fenomen på kvantnivå, säger Nakajima.

"Den senaste teoretiska utvecklingen visar överraskande samband mellan svarta hål, gravitations- och kvantinformationsteori genom Planckisk försvinnande, " säger han. "Därför, forskningen om "konstigt" metalliskt beteende har också blivit ett hett ämne i detta sammanhang."