Idag har ett internationellt team av forskare under ledning av Séamus Davis, professor i fysik vid University of Oxford och University College Cork, tillkännagett resultat som avslöjar atommekanismen bakom högtemperatursupraledare. Resultaten publiceras i PNAS .

Supraledare är material som kan leda elektricitet med noll motstånd, så att en elektrisk ström kan bestå i det oändliga. Dessa används redan i olika applikationer, inklusive MRI-skannrar och höghastighetståg för maglev, men supraledning kräver vanligtvis extremt låga temperaturer, vilket begränsar deras utbredda användning. Ett stort mål inom fysikforskningen är att utveckla superledare som arbetar vid omgivningstemperaturer, vilket kan revolutionera energitransport och lagring.

Vissa kopparoxidmaterial uppvisar supraledning vid högre temperaturer än konventionella supraledare, men mekanismen bakom detta har förblivit okänd sedan upptäckten 1987.

För att undersöka detta utvecklade ett internationellt team som involverade forskare i Oxford, Cork i Irland, USA, Japan och Tyskland två nya mikroskopitekniker. Den första av dessa mätte skillnaden i energi mellan koppar- och syreatomernas orbitaler, som en funktion av deras placering. Den andra metoden mätte amplituden för elektronparvågfunktionen (styrkan hos supraledning) vid varje syreatom och vid varje kopparatom.

"Genom att visualisera styrkan hos supraledning som en funktion av skillnader mellan orbitala energier, kunde vi för första gången någonsin mäta exakt förhållandet som krävs för att validera eller ogiltigförklara en av de ledande teorierna om högtemperatursupraledning, på atomär skala ", sa professor Davis.

Som förutspått av teorin visade resultaten ett kvantitativt, omvänt förhållande mellan laddningsöverföringsenergiskillnaden mellan intilliggande syre- och kopparatomer och styrkan hos supraledningsförmågan.

Enligt forskargruppen kan denna upptäckt vara ett historiskt steg mot att utveckla supraledare i rumstemperatur. I slutändan kan dessa ha långtgående tillämpningar, allt från maglev-tåg, kärnfusionsreaktorer, kvantdatorer och högenergipartikelacceleratorer, för att inte tala om supereffektiv energiöverföring och lagring.

I supraledarmaterial minimeras det elektriska motståndet eftersom elektronerna som bär strömmen är sammanbundna i stabila "Cooper-par". I lågtemperatursupraledare hålls Cooper-par samman av termiska vibrationer, men vid högre temperaturer blir dessa för instabila. Dessa nya resultat visar att i högtemperatursupraledare hålls Cooper-paren istället samman av magnetiska interaktioner, där elektronparen binder samman via en kvantmekanisk kommunikation genom den mellanliggande syreatomen.

Professor Davis tillade att "detta har varit ett av de heliga gralerna av problem inom fysikforskningen i nästan 40 år. Många tror att billiga, lättillgängliga supraledare i rumstemperatur skulle vara lika revolutionerande för den mänskliga civilisationen som själva introduktionen av elektricitet. " + Utforska vidare

Fönster i atomskala till supraledning banar väg för nya kvantmaterial