A szupravezető rés és kulcsszerepe
A szupravezetés szíve-lelke az úgynevezett szupravezető rés. Ez mutatja meg, hogyan párosulnak az elektronok az anyagban, ezzel kialakítva a szupravezető állapotot. A rés vizsgálata nélkül nem tudjuk pontosan, mi okozza az ellenállás eltűnését, így a mechanizmus is homályban marad.
Miért nehéz mérni a hidrogénes szupravezetőket?
Első pillantásra úgy tűnhetett, hogy a hidrogénben gazdag anyagok vizsgálata egyszerű lenne, de ezek a vegyületek csak hihetetlenül nagy, egymillió atmoszférát is meghaladó nyomás alatt keletkeznek. Emiatt a szokásos kutatási módszerek – mint például a pásztázó alagútmikroszkóp vagy a fotoemissziós spektroszkópia – teljesen használhatatlanok ilyen körülmények között. Ezért évekig nem sikerült közvetlenül megmérni a szupravezető rést hidrogénes vegyületekben.
Új mérési módszer: áttörés a tudományban
A mainzi Max Planck Intézet munkatársai végül kifejlesztettek egy síkban vezetett elektronalagút-spektroszkópiai módszert, amelyet szélsőséges nyomáson is lehet alkalmazni. Ennek segítségével most először sikerült közvetlenül feltérképezni a szupravezető rést H3S-ben.
Mit mutatnak a mérések?
A H3S-ben mért rés nagysága 60 meV, míg az izotópos változatban, a deutériummal dúsított D3S-ben ez 44 meV. Ez a különbség megerősíti, hogy a szupravezetés kulcsa az anyagszerkezet rezgései (fononok) és az elektronok közötti kölcsönhatás. Ezek az eredmények végre alátámasztják azt a régóta tartott elméletet, hogy a fononok kulcsszerepet játszanak a hidrogénes szupravezetőkben.
Történeti visszatekintés és jelentőség
A szupravezetés 1911-es felfedezése óta sokáig az volt az általános vélekedés, hogy ez a jelenség csak igen alacsony hőmérsékleten fordulhat elő. Az 1980-as évek óta azonban egyre magasabb kritikus hőmérsékletű anyagokat ismerünk, de igazi áttörést a hidrogénalapú vegyületek hoztak. H3S esetében 203 K lett a rekord, majd YH9 és LaH10 anyagokban 244–250 K-t, azaz -29 és -23 °C-ot is elértek.
A kutatás jelentősége nem pusztán technikai: ez lehetővé teheti annak megértését, hogyan érhető el szupravezetés akár szobahőmérsékleten is. Emiatt a Max Planck Intézet vezetői szerint is lényegesen közelebb kerültünk Mikhail Eremets víziójához: a valódi szobahőmérsékletű szupravezetőkhöz, amelyek elhozhatják az energiatakarékos jövőt.
