"Müonkémek" szupravezetőkben<br/>

A szupravezetők mágneses tulajdonságai legalább annyira lebilincselők, mint kiugróan nagy elektromos vezetőképességük.

Térmentes zóna: egy állandó mágnes a szupravezető felett lebeg, mivel a szupravezető kiszorítja magából a mágneses teret. Egy új mérési eljárással a kutatók igazolták, hogy a mágneses tér csupán néhány század nanométeres mélységig hatol be a szupravezetőbe, pontosan az elmélet által jósolt törvényt követve (kép: J. F. Allen/Univ. of St. Andrews)

Miközben a kutatók próbálják alapszinten megérteni az újfajta, magas hőmérsékletű szupravezetőket, alaposan meg kell vizsgálniuk a mágneses terek viselkedését ezekben az anyagokban. Egy új, hideg müonokat bevető technikával ezek a terek a közvetlenül a felszín alatt fekvő nanométeres vastagságú rétegekben megszondázhatók, s ezáltal minden korábbinál részletesebben megismerhetők.

A kutatók bebizonyították, hogy a mágneses tér a magas hőmérsékletű szupravezetők legkülső rétegeibe pontosan az elméleti várakozásoknak megfelelően hatol be, a szupravezetők belsejében kialakuló terek eloszlásával kapcsolatban azonban még számos kérdés nyitva maradt. Szakértők szerint az eljárás a szilárdtestfizika más területein is gyümölcsöző lehet.

A szilárd testek belsejében a mágneses tereket nehéz megmérni, és a müon az erre alkalmas kevés eszközök egyike. A müon az elektron "kövérkés" (nagyobb tömegű), rövid életű (bomlékony) testvére, amely mágneses momentumának köszönhetően a mágneses térre érzékeny. Az úgynevezett müonspin-rotációs (ľSR) eljárásban nagyenergiájú müonok szántanak bele a mintába, és ragadnak bele, mint darazsak a mézbe. A müonok elbomlásakor - átlagosan kétmilliomod másodperc múltán -, elektronok keletkeznek, amelyeknek gondos megfigyelésével a kutatók pontos képet alkothatnak arról a mágneses térről, ahol a müonok utolsó lélegzetüket vették. Az eljárást leginkább a müonok nagy sebessége korlátozza.

"A hagyományos, átlagosan 4 MeV körüli energiájú müonok változás nélkül szaladnak át több, minket érdeklő rétegen - mondta Ted Forgan, a Birminghami Egyetem kutatócsoportjának tagja. Ezzel a fénysebesség egyötödét elérő sebességgel a müonok viszonylag mélyen behatolnak a mintába.

Elvezio Morenzoni és munkatársai a svájci Paul Scherrer Intézetben már korábban kidolgozták a ľSR-technika olyan módosítását, amelyben a müonokat előbb sűrű gázon vezetik át, s így energiájukat mindössze 15 eV-ra csökkentik. A müonokat gyorsító feszültség változtatásával a kutatók pontosan szabályozhatják, hogy a részecskék milyen mélyen hatoljanak be a mintába. A szupravezetők vizsgálata ideális célpontnak látszott ennek kipróbálására. A hagyományos (hideg) szupravezető kiveti belsejéből a mágneses teret, de a tér a szupravezető széleinél néhány nanométeres mélységig beszivárog. A fizikusok már az 1930-as évek közepe óta gyanítják, hogy a behatoló mágneses tér erőssége befelé haladva, a távolsággal exponenciálisan csökken, de mindezidáig senkinek sem sikerült a mágneses tér erősségét közvetlenül megmérni ilyen közel a peremhez. Az új kísérletben Forgan, Morenzoni és munkatársaik hat különféleféle, 3 és 30 keV közé eső energiájú müonnyalábbal szondázták magas hőmérsékletű szupravezetők határát, egészen 152 nanométeres mélységig hatolva. Az eredmények azt mutatják, hogy a behatoló mágneses tér erőssége pontosan exponenciálisan csökken - beigazolva ezzel a több évtizedes gyanút -, s egyúttal azt is, hogy a magas hőmérsékletű szupravezetők ebben a tekintetben ugyanúgy viselkednek, mint a hagyományosak.

Jeff Sonier, az új-mexikói Los Alamos Nemzeti Laboratórium munkatársa úgy véli, hogy az itt alkalmazott ľSR-technika még számos más területen is sikeresen felhasználható: "ezzel az érzékeny mágneses szondával nem csupán a felszínhez közeli rétegek, de a minta teljes térfogata letapogatható, s ezáltal a szupravezetés és a különféle mágneses elméletek nagyon pontosan ellenőrizhetők".

Forrás: Phys. Rev. Lett. 84, 4958 (2000)

(Élet és Tudomány)

Ajánló: