Zvětšit obrázek

Musíme překonat pseudogap! Kredit: Greg Stewart/ SLAC.

Stručně řečeno, supravodivost funguje tak, že elektrony dotyčného materiálu opustí svá místa v atomech, sdruží se po dvojicích do takzvaných Cooperových párů a pak vedou elektřinu s nulovým odporem a stoprocentní účinností. Chybějící elektrony vytvářejí charakteristickou mezeru (gap) v grafech popisujících chování elektronů ve studovaném materiálu.

Zvětšit obrázek

Zhi-Xun Shen (2009). Kredit: SLAC.

V devadesátých letech si ale vědci všimli, že se ve grafech supravodičů z oxidů mědi objevuje ještě jedna taková mezera, které začali říkat pseudogap. Podobá se mezeře po supravodivých elektronech, ale objevuje v teplotách, které jsou pro supravodivost ve známých materiálech příliš vysoké. Pseudogap je pro materiálové vědce stále velkou záhadou. O jeho vztahu k supravodivosti existují dvě zcela protikladné teorie. Podle jedné úzce souvisí se vznikem supravodivého chování a podle té druhé jde o protikladnou fázi materiálu, která supravodivosti brání.

Zvětšit obrázek

Vztah mezi seudogapem a supravodivostí za vysokých teplot není úplně jednoduchý. Kredit: SLAC.

Zhi-Xun Shen ze Stanfordu a SLAC National Accelerator Laboratory se svými spolupracovníky v článku pro Nature Materials tvrdí, že správně je ta druhá teorie. Čili, že pseudogap je rival supravodovosti za vysokých teplot. Podle Shena je vztah mezi pseudogapem a supravodivostí každopádně dost komplikovaný. Podle všeho sdílejí stejné kořeny. Je prý ale jasné, že kde vítězí pseudogap, tak tam ztrácí supravodivost.

Zvětšit obrázek

Schéma technologie ARPES. Kredit: Saiht, Wikimedia Commons.

Shen a spol. použili ke studiu pseudogapu úhlově rozlišenou fotoemisní spektroskopii (ARPES, Angle-resolved photoemission spectroscopy), která umožňuje přímo pozorovat rozmístění elektronů v pevných materiálech. S touto technologií zjišťovali, co se děje s elektrony ve chvíli, kdy materiál s exoticky vyhlížejícím vzorcem – zahrnujícím atomy bismutu, stroncia, kadmia, mědi a kyslíku –  přechází do supravodivého stavu. Nakonec prý získali jasné a přesvědčivé důkazy, že při teplotě, kdy dochází ke změně stavu materiálu, se pseudogap a supravodivost přetahují o elektrony. Ukazuje se, že pseudogap vychytává elektrony, které by jinak vstoupily do supravodivého stavu. Elektrony se pak prohánějí ve stavu psedogapu a i když se je supravodivost snaží přetáhnout, nedaří se jí to. Pseudogap podle Shenova týmu tudíž funguje jako brzda supravodivosti.

Vědci sice stále netuší, jaké jsou příčiny pseudogapu, vše ale nasvědčuje tomu, že na to budeme muset přijít. Právě pseudogap je totiž zřejmě klíčovou překážkou pro spuštění supravodivosti za méně extrémně nízkých teplot. A jestli takovou supravodivost chceme, tak bude nutné tuhle překážku odstranit.

Video:  SLAC Chief Scientist Zhi-Xun Shen. Kredit: SLAC.

Video: Quantum Frontiers Lecture: Louis Taillefer - The Puzzles of Superconductivity. Kredit: IQC.

Literatura

SLAC News 19. 12. 2014, Nature Materials 14: 37-42, Wikipedia (Pseudogap).