Fenomen supravodljivosti, koji omogućuje materijalima da provode električnu struju bez otpora, već desetljećima intrigira znanstvenike diljem svijeta. Ova svojstva, koja se obično manifestiraju na ekstremno niskim temperaturama, obećavaju revolucionarne primjene u područjima poput energetike, transporta i medicinske tehnologije. Posebno su zanimljivi visokotemperaturni supravodiči na bazi bakrovih oksida, kao što je Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ (Bi2212). Ovaj spoj već godinama predstavlja ključni fokus istraživanja, a najnoviji eksperimenti donose dublje razumijevanje optičkih svojstava ovih materijala, otvarajući nove mogućnosti za postizanje supravodljivosti na sobnoj temperaturi.

Što je supravodljivost i zašto je važna?

Supravodljivost je stanje materijala u kojem električna struja teče bez ikakvog otpora, što znači da nema gubitaka energije u obliku topline. Otkriće ovog fenomena 1911. godine izazvalo je revoluciju u fizici, ali i brojne izazove za primjenu u stvarnom svijetu. Iako klasični supravodiči zahtijevaju hlađenje tekućim helijem na temperature blizu apsolutne nule, visokotemperaturni supravodiči na bazi bakrovih oksida mogu funkcionirati na relativno višim temperaturama, često uz korištenje tekućeg dušika. To ih čini mnogo praktičnijima za široku primjenu, od visokoučinkovitih elektroenergetskih mreža do naprednih medicinskih uređaja poput magnetske rezonancije.

Uloga optičkih svojstava u istraživanju Bi2212

Jedan od ključnih izazova u razumijevanju visokotemperaturne supravodljivosti leži u istraživanju dvodimenzionalnih kristalnih ravnina na bazi bakra, poznatih kao CuO₂ ravnine. Ove ravnine igraju ključnu ulogu u supravodljivim svojstvima materijala. Optička svojstva, poput refleksije i prijenosa svjetlosti, pružaju važne uvide u elektronske interakcije unutar ovih ravnina. Dosadašnja mjerenja refleksije pokazala su da Bi2212 posjeduje izraženu optičku anizotropiju, tj. varijabilnost optičkih svojstava ovisno o smjeru prolaska svjetlosti. Međutim, prijenosna mjerenja, koja omogućuju izravnije proučavanje unutarnjih svojstava materijala, dosad su bila rijetka.

Najnovija istraživanja: korak bliže sobnoj supravodljivosti

Tim znanstvenika s japanskog Sveučilišta Waseda, pod vodstvom profesora dr. Torua Asahija, proveo je pionirska istraživanja koristeći prijenos ultraljubičastog i vidljivog svjetla na monokristalima Bi2212 dopiranim olovom. Njihov rad fokusirao se na razumijevanje mehanizama koji uzrokuju optičku anizotropiju u ovom materijalu. Dopiranje olovom djelomično zamjenjuje bizmut u kristalnoj strukturi, čime se suzbija tzv. neusklađena modulacija – periodične varijacije u rasporedu atoma koje narušavaju simetriju materijala.

Rezultati istraživanja

Rezultati pokazuju da povećani sadržaj olova značajno smanjuje optičku anizotropiju, omogućujući preciznije mjerenje drugih optičkih parametara, poput optičke aktivnosti i kružne dvolomnosti. Ovo otkriće pruža ključne uvide u prirodu pseudoprazninske i supravodljive faze materijala, što su ključni aspekti za razumijevanje visokotemperaturne supravodljivosti.

Širi značaj za znanost i tehnologiju

Postizanje supravodljivosti na sobnoj temperaturi već desetljećima predstavlja sveti gral fizike materijala. Takav razvoj imao bi ogromne implikacije u brojnim industrijama. Na primjer, supravodljivi kablovi mogli bi eliminirati gubitke energije u elektroenergetskim mrežama, dok bi supravodljivi magneti omogućili znatno brže i efikasnije transportne sustave, poput maglev vlakova. U medicini, napredni supravodljivi materijali mogli bi dodatno unaprijediti tehnologije magnetske rezonancije i drugih dijagnostičkih metoda.

Budući koraci

Dok je još dug put do praktične primjene sobnih supravodiča, istraživanja poput ovog pružaju čvrste temelje za daljnje napredke. Fokus na optička svojstva Bi2212, kao i na mogućnosti manipulacije njegovom kristalnom strukturom, nastavlja otkrivati nove uvide u mehanizme visokotemperaturne supravodljivosti.

Izvor: Waseda University