Michael Lawler, fizičar sa Sveučilišta Binghamton, i njegovi kolege ostvarili su revolucionaran korak na polju razvoja supravodiča. Rezultati njihovog istraživanja bit će objavljeni u izdanju prestižnog britanskog znanstvenog časopisa Nature.

Podaci koje je Lawler analizirao postoje već nekoliko godina, ali ih se dosad nije u potpunosti razumjelo. “Uzorak se činio nevjerojatno tajanstven, ali istovremeno i zanimljiv”, navodi Lawler. “U potpunosti se razlikovao od bilo kojeg drugog materijala koji smo proučavali. Naš je glavni cilj bio pokušati razumjeti što svi ti podaci zapravo znače. Danas smo uvjereni kako smo uspjeli shvatiti jedan značajan dio.”

Lawler, teoretičar fizike, tijekom ovog istraživanja surađivao je sa znanstvenicima sa Sveučilišta Cornell iz Nacionalnog laboratorija Brookhaven te još nekoliko japanskih i korejskih laboratorija. Otkrili su nešto što bi moglo riješiti tajnu tzv. “fenomena pseudogapa” kod supravodiča.

“Fenomen pseudogapa” fascinantna je pojava gubitka niskoenergetskih elektronskih ekscitacija u visokotemperaturnim supravodičima. Materijal u kojemu se dogodi tako nešto dobiva poneke osobine izolatora, ali inače radi kao supravodič. Kako se taj fenomen može dogoditi i na sobnoj temperaturi, znanstvenici vjeruju da bi se supravodljivost mogla postići pri temperaturama bliskim sobnoj temperaturi.

Supravodiči su materijali (često, ali ne nužno metali) koji ispod određene temperature vode električnu struju bez otpora. Desetljećima se smatralo kako ovakvi materijali mogu provoditi struju samo na temperaturama duboko ispod temperature ledišta. Međutim, u zadnjih dvadesetak godina otkriveno je čak nekoliko supravodljivih materijala koji vode struju i pri mnogo višim temperaturama.

Teoretski gledano, supravodič koji bi vodio struju na sobnoj temperaturi omogućio bi protok električne struje od elektrane do kućanstva bez energetskih gubitaka, levitaciju brzih vlakova iznad supravodiča i repetitore za mobilne telefone koji bi istodobno mogli upravljati signalima više operatera.

“Radi se o jednom od najinteresantnijih problema u fizici”, objašnjava Lawler. “Vjerujem kako će ovakav tip problema izazvati još mnoga nevjerojatna otkrića u znanosti.” On i njegovi kolege otkrili su kako se elektronska stanja dva susjedna atoma kisika u takvim materijalima razlikuju. Nakon razmatranja elektronske strukture fizičari su uspjeli opaziti prekid u simetriji. “Izgleda kao da su elektronska stanja, u odnosu na y-os, više istegnuta u smjeru x-osi. “Činjenica da faza pseudogapa posjeduje takvo uređenje dozvoljava nam iznijeti hrabru teoriju kako se ovdje zapravo radi o posebnoj fazi elektronske tvari.”

Ne bi li sve to bolje razumjeli, zamislite faze kao štapićaste objekte. Štapićasti polimeri mogu postojati u mnogo više faza od uobičajene krute, tekuće i plinovite faze. Na višim temperaturama takvi materijali prelaze u plinovitu fazu kao i mnogi uobičajeni materijali. S druge strane, pri nižim temperaturama svi se štapovi mogu okrenuti u istom smjeru, a istovremeno nastaviti titrati kao čestice u plinovitoj i tekućoj fazi. Fizičari ovo nazivaju “nematičkom fazom”. Prostorni razmještaj štapova u ovoj fazi sličan je onom što su znanstvenici opazili u elektronskim stanjima koja se pripisuju fenomenu pseudogapa.

Postoji još faza na kojima mogu postojati takvi štapićasti objekti na još nižim temperaturama i takvi materijali prelaze u kristalno stanje. Fizičari takva prijelazna stanja nazivaju “stanjima tekućih kristala”. Upravo su ta stanja omogućila proizvodnju monitora zasnovanih na tehnologiji tekućih kristala. Takvi monitori uobičajena su pojava u našoj svakodnevici.

Lawler, koji se pridružio znanstvenom osoblju Sveučilišta Binghamton 2008. godine, zaslužio je svoju doktorsku diplomu na Sveučilištu Urbana-Champaign, Illinois, a postdoktorski studij nastavio je na Sveučilištu Toronto. Kako sam kaže, on je “teoretičar koji se uvijek oslanja samo na olovku i papir” te je spreman na otkrića na najnevjerojatnijim mjestima. Upravo se takvo nešto dogodilo tijekom ovog istraživanja. Naime, inspiraciju za nov pristup analizi podataka dobio je za vrijeme kupovine u lokalnom supermarketu.

Uspjeh ovog istraživanja omogućili su neuobičajeni podaci analize dobiveni radio tehnologijom i jedinstvene sposobnosti kolega s Cornella. Oni su, naime, pomoću mikroskopa na bazi tuneliranja uspjeli pogledati pojedine atome uz istodobno održavanje širokog vidljivog polja.

Izvor: Binghamton University