Magas hőmérsékletű szupravezető

A Bi-2212 szupravezető állapotában meglepően sok infravörös fényt nyel el.

A magas hőmérsékletű szupravezető anyagok reflektivitását (elektromágneses hullámokat visszaverő képességét) vizsgálva, jobban megérthető ezen anyagok "működése". A Groningen-i egyetem munkatársai, Dirk van der Marel és társai a Science-ben közölt cikkükben azt állítják, hogy a Bi-2212 jelzésű anyag szupravezető állapotában több infravörös fényt nyel el, mint normál vezetési állapotban. A megváltozott abszorpciós viselkedésből következtetéseket lehet levonni a szupravezetők működésére vonatkozóan.

A szupravezetők olyan anyagok, amelyek nagyon alacsony hőmérsékleten elvesztik az elektromos ellenállásukat, ami egyébként az áram szállításában jelentős veszteségeket okoz. A szupravezetőknek ez a tulajdonsága tehát rendkívül fontos az elektronika és a távközlés számára.

A szupravezető anyagok egyik jellemzője a szupravezetési hőmérséklet: ennél magasabb hőmérsékleteken normál vezető, ez alatti hőmérsékleten szupravezető állapotban vannak. Különbséget teszünk a normál szupravezetők (4 K, azaz -269 Celsius-fok körüli szupravezetési hőmérséklet) és a magas hőmérsékletű szupravezetők (90 K, azaz -183 Celsius-fok körüli szupravezetési hőmérséklet) között. Az utóbbiak előnye, hogy szupravezetési hőmérsékletük magasabb, így elegendő folyékony nitrogénnel hűteni őket, és nincs szükség a sokkal költségesebb folyékony héliumos hűtésre.

Az elektromos ellenállás végső soron a vezetési elektronok szóródása a környező atomokon. Az 1957-ben John Bardeen, Leon Neil Cooper és John Robert Schrieffer által kidolgozott, és róluk elnevezett BCS - elmélet azzal magyarázza a szupravezetés mechanizmusát, hogy a szupravezetési hőmérséklet alatt a vezetési elektronok legyőzik a köztük ható kölcsönös taszítóerőket, és úgynevezett Cooper-párokba rendeződnek. Ezek viszont már rendezetten mozognak a szupravezetőben, nem pedig rendezetlenül, mint a vezetési elektronok. A párok keletkezéséhez szükséges energia a környező atomrács termikus rezgéseiből származik. A BCS - elmélet elég jó magyarázatot ad számos normál szupravezető viselkedésére, ám mindeddig nem volt érthető, miképpen jönnek létre az elektronpárok az 1986-ban felfedezett magas hőmérsékletű szupravezetőkben.

Van der Marel és munkatársai a Bi - 2212 jelzésű magas hőmérsékletű szupravezetőt vizsgálták, ennek összetétele bizmut, stroncium, kalcium, réz és oxigén, a szupravezetési hőmérséklete pedig - 185 Celsius-fok (88 K). Elemezték az anyag által ezen hőmérséklet felett és alatt visszavert fényt, és azt találták, hogy szupravezető állapotban az infravörös - vagyis alacsony energiájú - tartományban több fényt nyel el, mint normál vezető állapotában.

Van der Marel szerint ez az eredmény arra utal, hogy a Bi - 2212 elektronjai párokba rendeződve, a legkisebb mozgási energiával rendelkeznek, ezért a párkeltéshez nincs szükség sok energiára. A Physics Web-nek adott interjújában van der Marel kifejtette, hogy amennyiben a visszavert fény eltolódása az összes magas hőmérsékletű szupravezetőnél megfigyelhető lenne, akkor ez annak a jele volna, hogy a BCS - mechanizmus nem az egyetlen lehetséges módja a szupravezetővé válásnak. "Még csak az elején tartunk az ilyen irányú kísérleteinknek. Pillanatnyilag nem állapítható meg, hogy ez a sajátosság az összes magas hőmérsékletű szupravezetőre jellemző-e vagy csak a Bi - 2212 egy különleges tulajdonsága" - mondja van der Martel.

Bozsoki Anna-Mária

Ajánlat:

A Szupravezetést Kutató Központ oldala

Korábban az [origo]-ban:

Szupravezető "labdacsok"
2000.02.08. A szupravezető részecskék fittyet hánytak az elektromos tér által kijelölt térirányra, s egy gömbszimmetrikus "labdába" gyűltek össze.