En forskare från Division of Quantum Condensed Matter Physics vid University of Tsukuba har formulerat en ny teori om supraledning. Baserat på beräkningen av 'Berry -anslutningen', denna modell hjälper till att förklara nya experimentella resultat bättre än den nuvarande teorin. Arbetet kan tillåta framtida elnät att skicka energi utan förluster.

Superledare är fascinerande material som kan se obemärkt ut vid omgivande förhållanden, men när den kyls till mycket låga temperaturer, låta elektrisk ström flöda utan nollmotstånd. Det finns flera uppenbara tillämpningar av supraledning, såsom förlustfri energitransmission, men fysiken som ligger till grund för denna process är fortfarande inte klart förstådd. Det etablerade sättet att tänka på övergången från normalt till supraledande kallas Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) -teorin. I denna modell, så länge termiska excitationer hålls tillräckligt små, partiklar kan bilda "Cooper -par" som reser tillsammans och motstår spridning. Dock, BCS -modellen förklarar inte alla typer av superledare tillräckligt, vilket begränsar vår förmåga att skapa mer robusta supraledande material som fungerar vid rumstemperatur.

Nu, en forskare från University of Tsukuba har kommit med en ny modell för supraledning som bättre avslöjar de fysiska principerna. Istället för att fokusera på parning av laddade partiklar, denna nya teori använder det matematiska verktyget som kallas "Berry -anslutningen". Detta värde beräknar en vridning av rymden där elektroner reser. "I standard BCS -teorin, superledningens ursprung är elektronparning. I denna teori, överströmmen identifieras som det dissipationslösa flödet av de parade elektronerna, medan enstaka elektroner fortfarande upplever motstånd, "Författare professor Hiroyasu Koizumi säger.

Som en illustration, Josephson -korsningar bildas när två superledarskikt separeras av en tunn barriär av normal metall eller en isolator. Även om det används mycket i högprecisions magnetfältdetektorer och kvantdatorer, Josephson -korsningar passar inte heller snyggt inuti BCS -teorin. "I den nya teorin, elektronparningens roll är att stabilisera Berry -anslutningen, i motsats till att vara orsaken till supraledning i sig, och överströmmen är flödet av enstaka och parade elektroner som genereras på grund av vridningen av utrymmet där elektroner reser orsakade av Berry -anslutningen, "Professor Koizumi säger. Således, denna forskning kan leda till framsteg inom kvantberäkning och energibesparing.