Vysokoteplotní supravodiče, revoluční třída materiálů objevená před více než čtyřmi desetiletími, mají obrovský potenciál pro technologické průlomy. Tyto materiály vykazují nulový elektrický odpor, což umožňuje elektřinu volně proudit bez ztráty energie i při teplotách výrazně vyšších, než jaké vyžadují běžné supravodiče. Přestože tato pozoruhodná vlastnost již našla uplatnění v různých oborech, mechanismus vysokoteplotní supravodivosti stále zůstává záhadou.
Tento jev je založen na interakcích mezi nosiči náboje – částicemi zodpovědnými za transport elektrického proudu – které jim umožňují snadný pohyb atomovou strukturou materiálu. Nedávný výzkum mezinárodního výzkumného týmu na synchrotronu BESSY II, publikovaný v časopise Nature Communications, vrhá světlo na tyto důležité interakce ve specifickém typu vysokoteplotního supravodiče, kuprátech.
Vědci se zaměřili na La₂CuO₄, sloučeninu sestávající ze střídajících se vrstev oxidu mědi (CuO) a oxidu lanthanitého (LaO). Když je La2CuO4 ošetřen dalšími atomy (doping), vykazuje supravodivost pod 40 Kelvinů, přičemž toto supravodivé chování je omezeno na vrstvy CuO. Všimněte si, že vrstvy LaO zůstávají dielektrické i za těchto podmínek.
Tým použil sofistikovanou techniku nazvanou AUGERova fotoelektronová spektroskopie koincidenčního signálu kombinovanou se specializovanými rentgenovými pulzy na BESSY II. To jim umožnilo přesně změřit energii párů nosičů náboje – konkrétně kyslíkových děr, což jsou v podstatě chybějící elektrony kolem atomů kyslíku – v každé vrstvě.
co našli? Interakční energie mezi těmito nosiči náboje byly výrazně slabší ve vrstvách CuO (kde dochází k supravodivosti) ve srovnání s dielektrickými vrstvami LaO. Tento objev naznačuje, že slabší interakce ve vrstvách oxidu mědi mohou být klíčovým faktorem umožňujícím tvorbu Cooperových párů – vázaných párů elektronů zodpovědných za supravodivé chování.
Tato studie poskytuje kritický pohled na komplexní interakce mezi nosiči náboje a jejich interakcemi v kuprátech. Zatímco o vysokoteplotní supravodivosti zůstává mnoho neznámého, tato studie odhaluje zajímavý rozdíl v interakčních energiích, který by mohl významně přispět k uvolnění jejího plného potenciálu. Budoucí výzkum, který tyto rozdíly prozkoumá podrobněji, by mohl připravit cestu pro ještě lepší supravodivé materiály s potenciálně revolučními aplikacemi ve všech průmyslových odvětvích.
