Nadprzewodnictwo bez radykalnego chłodzenia. Nowe badania polskich uczonych

We współpracy z badaczami z Włoch i Chin, polscy uczeni oszacowali po raz pierwszy temperaturę, w jakiej mogą pracować nadprzewodniki oparte na związkach srebra i fluoru. Trzon tej międzynarodowej grupy badawczej stanowią specjaliści z Uniwersytetu Warszawskiego i Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie. Ze strony UW, w projekcie wziął udział zespół pod kierunkiem prof. Wojciecha Grochali z Centrum Nowych Technologii (CeNT), który od lat zajmuje się poszukiwaniem najdogodniejszych możliwych kombinacji materiałowych, które umożliwiłyby przewodzenie prądu elektrycznego bez jakiegokolwiek oporu.

Zgodnie z dotychczasowymi wnioskami naszych uczonych, najlepszym z dotąd rozpoznanych "kandydatów" na nadprzewodnik okazał się fluorek srebra(II) (AgF2). Jego modelowa struktura przebadana przez międzynarodowy zespół z polskim udziałem pozwoliła uzyskać wartość bliską 200 Kelwinów (minus 73 stopni Celsjusza), czyli znacząco więcej niż 135 K (minus 138 st. C) dla dotychczasowych rekordzistów – związków miedzi i tlenu. Wyniki tych badań przedstawiono w czasopiśmie „Physical Review Materials”. 

"Jest on bardzo podobny do nadprzewodników opartych o tlenki miedzi, ale występują też pewne różnice, które uniemożliwiają otrzymanie stanu nadprzewodzącego" – tłumaczy prof. Grochala. Jedną z tych różnic jest struktura atomowa – w nadprzewodnikach miedziowych występują płaskie warstwy tlenku miedzi, a powstające dzięki temu silne oddziaływania magnetyczne są uważane za kluczową cechę umożliwiającą nadprzewodnictwo. Z kolei w strukturze fluorku srebra(II) - jak wyjaśnia prof. Haibin Su z Hong Kongu, współpracujący z polskim zespołem - warstwy srebra i fluoru są pofałdowane, co znacznie zmniejsza siłę oddziaływań magnetycznych i utrudnia osiągnięcie pożądanego rezultatu.

Badacze znaleźli jednak sposób, by rozwiązać problem. W publikacji powstałej we współpracy naukowców z Polski, Włoch i Chin, wydanej na łamach czasopisma Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego „Physical Review Materials”, prezentują oni teoretyczny model, w którym otrzymanie płaskich warstw AgF2 jest możliwe poprzez osadzenie ich na stałym podłożu o określonym składzie i strukturze.

"Wybór odpowiedniego materiału jako podłoża narzuca osadzonemu na nim AgF2 płaską geometrię, co sprawia, że oddziaływania magnetyczne są dużo silniejsze, niż w krystalicznym AgF2" – wyjaśnia dr Adam Grzelak z CeNT UW. "W nanotechnologii nazywamy to epitaksjalnym osadzaniem cienkich warstw" - dodaje.

"Szacujemy, że oddziaływania te będą niemal dwukrotnie silniejsze, niż w tlenkach miedzi, co z kolei ma szanse przełożyć się na półtorakrotnie wyższą temperaturę nadprzewodnictwa" – wyjaśnia uczestnik rozpatrywanych badań, prof. José Lorenzana z Włoch. Naukowiec zaznacza, że uzyskana wartość temperatury jest rekordowo wysoka, co umożliwiłoby stosowanie tanich chłodziw do zabezpieczenia działania nowych nadprzewodników.

Następnym krokiem w badaniach korzystnych właściwości AgF2 będzie weryfikacja modelu teoretycznego z użyciem istniejących technik eksperymentalnych. Ze szczegółowymi wynikami dotychczasowych badań można zapoznać się w artykule źródłowym.

Źródło: Uniwersytet Warszawski