Naujas atradimas kerta per Nobelio premija įvertintą teoriją

Nobelio premiją laimėjusiai superlaidumą paaiškinančiai teorijai mestas iššūkis: naujas atradimas, kuris buvo įrodytas praktiškai, pagal šią teoriją būtų neįmanomas.

Bismutas ir šiaip yra vienas iš keisčiausiai atrodančių periodinės elementų sistemos atstovų, bet jo vidinės savybės irgi dar pateikia siurprizų.

Mokslininkai išsiaiškino, kad atšaldytas beveik iki absoliutaus nulio (-273.15 °C), bismutas tampa superlaidus, t. y. elektra juo teka be varžos.

Remiantis dabartine superlaidumo teorija, tai kažkoks nesusipratimas, nes, štai, jau 40 metų mokslininkai manė, kad superlaidžiose medžiagose turi būti pilna laisvųjų elektronų. Bet bismute vienas mobilus elektronas tenka 100 000 atomų.

„Bendrai, superlaidžiose medžiagose vienas laisvas judrus elektronas tenka maždaug vienam atomui,“ paaiškino Srinivasanas Ramakrishnanas iš Tata fundamentaliųjų tyrimų instituto Indijoje.

„Tačiau bismute vieną judrų elektroną dalinasi 100 000 atomų – kadangi krūvininkų tankis toks mažas, niekas nemanė, kad bismutas gali būti superlaidus“, – teigia mokslininkas.

Medžiagos „krūvininkų tankis“ parodo, kiek elektronų yra tūrio vienete, ir atradus, kad bismutas pasižymi superlaidumu, jis tapo mažiausiai laisvų krūvininkų turinčiu superlaidininku, sumušdamas stroncio titanato 50 metų senumo rekordą.

Nors kambario temperatūroje bismuto varža itin didelė, o šiluminis laidumas mažesnis, nei bet kurio kito metalo, išskyrus gyvsidabrį, mokslininkai bandė atrasti jo superlaidumą ne vieną dešimtmetį.

Deja, mokslininkams medžiagų superlaidumą pavyksta atskleisti tik neįtikėtiname šaltyje, temperatūroje, artimoje absoliučiam nuliui (-273,15 °C). Superlaidžios medžiagos elektros srovę praleidžia 100 proc. efektyvumu, o jeigu pavyktų šį reiškinį įgyvendinti kambario temperatūroje, elektros naudojimas pakistų amžiams.

Tad mokslininkai šaldė gryną bismutą iki labai žemos temperatūros, siekdami pažiūrėti, ar jis pasidarys superlaidus, bet pasiekus 0,01 kelvino šaltį, niekas nevyko, tad jie metė šį reikalą.

„Paskutiniu tyrimu buvo nustatyta, kad 0,001 °K temperatūroje bismutas netampa superlaidus. Tai buvo atlikta prieš 20 metų ir žmonės pasidavė,“ – leidiniui „The Wire“ sakė S. Ramakrishnanas.

Bet jis su kolegomis nutarė nenuleisti rankų ir aptiko trokštamąjį bismuto superlaidumą pasiekus 0,00053 °K temperatūrą.

Tyrėjams anksčiau yra pavykę aptikti superlaidumą grynose ar amorfinėse (ne kristalinėse) bismuto formose, bet tik naudojant itin aukštą slėgį. Bet pastarasis eksperimentas pateikė pirmąjį įprastinės bismuto formos superlaidumo ženklą įprastame slėgyje.

Nors 0,00053 °K nėra itin praktiška temperatūra superlaidumui – mokslininkai visame pasaulyje įnirtingai pluša, norėdami pasiekti nors kokios medžiagos superlaidumą kambario temperatūroje – stulbina jau pats faktas, kad bismutas pasižymi superlaidumu apskritai bet kokioje temperatūroje.

Remiantis Bardeen-Cooper-Schrieffer teorija (BCS superlaidumo teorija), už kurią buvo paskirta 1972 metų Nobelio premija fizikos srityje, šis fenomenas pasireiškia, kai judrūs elektronai susikimba į poras ir netrukdomai teka per medžiagą.

Kaip aiškinama „The Wire“ straipsnyje, aprašančiame šį atradimą, „kad praleistų elektrą, metalo atomai privalo turėti laisvų elektronų, kurie judėtų per metalą, o ne būtų įkalinti atomuose.

Smarkiai atšaldytuose superlaidžiuose metaluose šie elektronai įveikia vienodų krūvių stūmą ir sudaro poras. Elektronų porų jūra metale teka kaip skystis ir iš savo svajingos būsenos nesileidžia pažadinami atomų vibracijų, nebent metalas sušyla virš tam tikros temperatūros.“

Bet kaip superlaidumas gali būti palaikomas bismute, jei jame tėra 1 laisvas elektronas 100 000 atomų?

Pritaikius BCS superlaidumo teoriją bismutui, ji rodo, kad superlaidumas galėtų pasireikšti tik dar 1 000 kartų žemesnėje temperatūroje, nei 0,00053 °K – beveik neįmanomai žemoje temperatūroje.

„Tas krūvio pernešėjų tankis toks mažas, kad pasiekto [bismuto] superlaidumo įprasta BCS teorjia paaiškinti negali,“ sakė S.Ramakrishnanas. „Mums reikia naujo superlaidumo mechanizmo bismutui.“

Nors komanda nesitiki, kad reikės atmesti dabartinę superlaidumo teoriją, norint paaiškinti bismuto elgesį, kai kuriuos jos aspektus reikės „užpildyti“ teoriniu darbu, paaiškinančiu itin mažo laisvų krūvininkų tankio superlaidininkų veikimą, sako jie.

lrt.lt Vikipedia nuotr.

• Erkės perduoda daugiau nei 20 ligų, o Laimo liga gali sukelti 70 simptomų.
• Esu mažos, iki 3 ha miško valdos savininkas. Ką turėčiau žinoti?
• Automobilio vairuotojo atsakomybė: kada keleivis privalo būti išlaipintas.
• Vasarai, kai atsivalgysite šaltibarščių: atgaivins agurkų šaltsriubė.
• Schema, kai tampate nusikaltėlių bendrininku: kaip atpažinti ir apsisaugoti.
• RRT: skaitmeninių sukčių metodams tobulėjant, esamų priemonių nebepakanka.
• Įminė mįslę, kaip nesutikti su vadovu ar aukštesnio statuso žmogumi?
• Kaip saugiai transportuoti televizorių, skalbimo mašiną ar šaldytuvą.
• 5 svarbiausi dokumentai, norintiems parduoti automobilį greičiau ir brangiau.
• Lietuvos radijo ir televizijos komisija patyrė kibernetinę ataką.
• Kokias didžiausias klaidas daro keliautojai: galite būti nepasiekiami.
• 7 finansiniai žmonių asmenybės tipai: pasitikrinkite, kuris esate jūs.
• Vilniaus TV bokšto rekonstrukcija: taurėje lankytojams atvertos naujos erdvės.
• Dirbtinio intelekto rinka 2030-aisiais: investuoti, reguliuoti ar bijoti?
• Vidaus vartojimas – Lietuvos ekonomikos augimo variklis.
• Ne tik varlių šlaunelės ir sraigės: 2 greiti ir pigūs prancūziški patiekalai.
• Kodėl įspėjamuosius pranešimus kartais gauna ne visi gyventojai?
• JAV atvėrė rinką Lietuvos oro bendrovėms.
• Kuo naudinga garso terapija?
• Koks turėtų būti seifo saugumo lygis?
• Ką veikti lietingais vakarais porai? 5 idėjos.
• Ką būtina žinoti apie vaistų nuo skausmo vartojimą? Didžiausios klaidos.
• Blokuojami 23 IP adresai, kuriais pasiekiama Kremliaus propaganda.
• Ženšenis: natūralus adaptogenas jūsų sveikatai.
• Lietuvos biudžetas nepasipildo milijonais už automobilių ridos klastojimą.
• IT Lietuvoje: trečdalis tėvų vis dar mano, kad tikslieji mokslai – berniukams.
• Ar galiu savo miške iškirsti sausuolius ir ko tam reikia?
• Ką daryti, kad turimas turtas nenuvertėtų: atkreipkite dėmesį į 4 žingsnius.
• Lietuvą sėkmingai pasiekė stiklinės stadijos europiniai unguriai.
• Paštu apsimetantys sukčiai masiškai atakuoja mobiliojo ryšio vartotojus.
• Ekonominiai ciklai: ar žinote, kaip jais pasinaudoti jūsų naudai?
• Pavasaris – vagišių darbymetis: neša kepsnines, net ir sunešiotus batus.
• Žvilgsnis į ateitį – „airBaltic“ išbandė „SpaceX“ internetą „Starlink“.
• Pensijos tolsta, darbuotojai sensta. Keisti požiūrį privalės ir darbdaviai.
• Žengsime į vasaros laiką − kodėl šis metas itin pavojingas vairuotojams?
• Seimas spręs, ar leisti gyventojams pasitraukti iš pensijų kaupimo.
• Daugiau nei ketvirtadalis vairuotojų vėluoja laiku atlikti techninę apžiūrą.
• Pasiūlymas internete lėmė prarastą laisvę: kaip atskirti verbavimą?
• Stalo žaidimai šeimai: linksmybės ir mokymosi derinys.
• Taip įdarytų kiaušinių dar neragavote: nustebinsite visą šeimą.

Šio sąrašo naujienos detaliau

Daugiau ankstesnių naujienų:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117  118  119  120  121  122  123  124  125  126  127  128  129  130  131  132  133  134  135  136  137  138  139  140  141  142  143  144  145  146  147  148