Dočkáme se laciné supravodivosti? Kredit: Mai-Linh Doan / Wikimedia

Supravodivost je zajímavá vychytávka kvantové mechaniky. Když supravodivým materiálem prochází elektrický proud, tak mu takový materiál neklade žádný zjevný odpor, neuvolňuje se při tom žádné teplo, a ještě ke všemu vytváří velmi silné magnetické pole. Je jasné, že něco takového bychom chtěli mít v mnoha zajímavým aplikacích. Háček je ovšem v tom, že normálních okolností dochází k supravodivosti při poklesu teploty materiálu pod takzvanou kritickou teplotu Tc, která bývá velice nízká. Vědci to ale berou jako výzvu a už dlouho se snaží kritické teploty nějakým způsobem zvýšit nebo obejít.

Paul Chu. Kredit: University of Houston.

Badatelé americké Univerzity v Houstonu teď přicházejí s novou metodou, s jejíž pomocí vyvolali supravodivost v nesupravodivém materiálu. Jde o koncept starý už desítky let, zatím ho ale ještě nikdo nerealizoval. Zakladatel Texaského centra pro supravodivost (TcSUH) a vedoucí zmíněného výzkumu Paul C. W. Chu podotýká, že tuto metodu lze využít i k posílení účinnosti stávajících supravodivých materiálů, což by mohlo vést ke zlepšení dostupnosti supravodičů. Supravodivost se dnes podle Chua využívá v rozmanitých aplikacích, z nichž je asi nejznámější magnetická rezonance. Jenže soudobé technologie jsou stále dost drahé a technologicky komplikované, především kvůli náročnému chlazení supravodičů. To samozřejmě omezuje jejich stávající rozšíření.

University of Houston (Melcher Hall).

Chua jeho kolegové vyvolali supravodivost s využitím efektu rozhraní materiálu (interfaces), v často studované nesupravodivé sloučenině arsenidu diželeznato-vápenatém (CaFe2As2). Badatelům se povedlo v tomto materiálu dosáhnout relativně vysoké kritické teploty Tc prostřednictvím rozhraní antiferomagnetické a kovové vrstvy v tomto materiálu. Podle Chua jde o zatím nejlepší doklad zvýšení kritické teploty Tc pomocí rozhraní.

Nápad vytvořit nebo zesílit supravodivost pomocí rozhraní, tedy místa, kde se střetávají dva různé typy materiálu, pochází už ze sedmdesátých let dvacátého století. Zatím se ale ještě nikomu nepovedlo něco podobného předvést v přesvědčivém experimentu. Podle Chua se v dosavadních experimentech s touto tématikou vědcům nepodařilo vyloučit vliv jiných faktorů, které mohly působit v jejich experimentech se zesílením supravodivosti, například mechanického stresu.

Chu se svými spolupracovníky experimentoval v běžném tlaku. Krystaly arsenidu diželeznato-vápenatého vystavili žíhání (annealing) při teplotě 350 stupňů Celsia, která je pro podobné účely poměrně nízká. V pokusném materiálu vznikly dvě fáze, z nichž ani jedna nebyla sama o sobě supravodivá. Když ale tyto fáze vytvořily rozhraní, tak se objevila supravodivost. Badatelé vyvolali supravodivost v tomto materiálu opakovaně. Za běžného tlaku fungovala při cca 25 kelvinech (-248,15 °C), při tlaku 1,7 GPa (téměř 17 tisíc atmosfér) až při teplotě asi 30 kelvinů (-243,15 °C).

Tímto způsobem vyvolaná kritická teplota v nesupravodivém materiálu je na praktické využívání stále dost nízká. Podle Chua ale jejich metoda funguje a nabízí nový směr výzkumu supravodivosti, který může časem přinést méně nákladné supravodivé materiály.

Video: HoustonPBS UH Moment: Paul Chu, Leader in Superconductivity

Literatura

University of Houston 31. 10. 2016, PNAS 25. 10. 2016, Wikipedia (Superconductivity).