Sciencemag.cz
Doporučujeme
Supravodivosti alespoň nějak rozumíme v případě „konvenčních“ supravodičů. To, jak fungují nekonvenční supravodiče, naproti tomu moc známo není. Jedním z těchto materiálů je i UTe2.
Tým z Helmholtz Association of German Research Centres (HZDR) spolu s kolegy z CEA, japonské univerzity Tohoku a Institutu Maxe Plancka pro chemickou fyziku pevných látek nyní vysvětlil, proč si tento materiál zachovává supravodivost i v extrémně vysokých magnetických polích – což je vlastnost, která se v kategorii konvenčních supravodičů nevyskytuje. Tento objev má potenciál umožnit významné technologické aplikace.
Výzkum popisuje vznik Cooperových párů v nekonvenčních supravodičích a analyzuje mechanismus tzv. spin-tripletové supravodivosti. Vedle toho existují také kovy, v nichž se elektrony odpovídající za vedení proudu spojují dohromady tak, že společně mohou odstínit magnetismus materiálu a chovat se jako jediná částice s – na elektrony – extrémně vysokou hmotností. Takové supravodivé materiály jsou známé jako supravodiče s těžkými fermiony. UTe2 by mohl být jak spin-tripletový, tak i těžký fermionový supravodič, alespoň podle provedených experimentů.
Supravodivost obecně závisí především na dvou faktorech, kritická teplotě (teplotě přechodu) a kritickém magnetickém poli. Pokud vnější magnetické pole překročí kritickou hodnotu, efekt supravodivosti se zhroutí. U mnoha běžných supravodičů je hodnota přechodové teploty v Kelvinech zhruba jeden až dvojnásobkem hodnoty kritické intenzity magnetického pole v teslách. U spin-tripletových supravodičů je naproti tomu tento poměr často mnohem vyšší. Díky svým studiím na UTe2 se nyní vědcům podařilo posunout laťku ještě výše: Při teplotě přechodu 1,6 K dosahuje kritická intenzita magnetického pole 73 tesla, což je rekordní poměr obou veličin.
„Až dosud byly supravodiče s těžkými fermiony pro technické aplikace málo zajímavé,“ uvádí Toni Helm z HZDR. „Mají totiž velmi nízkou teplotu přechodu a jejich chlazení vyžaduje velké úsilí.“ Nicméně případná necitlivost těchto materiálů na vnější magnetické pole by mohla tento nedostatek kompenzovat. Bezztrátový přenos proudu se totiž dnes využívá hlavně v supravodivých magnetech, například ve skeneru magnetické rezonance (MRI). Magnetická pole však ovlivňují i samotný supravodič. Materiál, který by dokázal odolat velmi vysokým magnetickým polím a přitom vést elektrický proud bez ztrát, by představoval velký krok vpřed. UTe2 asi přímo tímto žádaným materiálem nebude (např. je radioaktivní), ale hodí se pro zkoumání příslušné fyziky, která by mohla vést k návrhu materiálů již prakticky použitelných.
Toni Helm et al, Field-induced compensation of magnetic exchange as the possible origin of reentrant superconductivity in UTe2, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-023-44183-1
Zdroj: Helmholtz Association of German Research Centres / Phys.org
