Zabudni na bežné vodiče. Zvláštne kovy vedú elektrinu spôsobom, aký sme nepoznali
Zvláštne kovy sú záhadné materiály, ktoré ignorujú známe fyzikálne zákony. Vedci veria, že môžu spôsobiť revolúciu v supravodivosti
Vo svete fyziky pevných látok sa objavila skupina materiálov, ktorá fyzikom poriadne zamotala hlavy. Nazývajú sa zvláštne kovy (strange metals) a ich správanie odporuje všetkému, čo sme si o elektrine doteraz mysleli. Na rozdiel od bežných kovov sa v nich elektróny nesprávajú ako samostatné častice, ale skôr ako prepojený celok, ktorý sa riadi zvláštnymi kvantovými pravidlami. Na novinku upozorňuje portál science.org.
Elektróny sa správajú inak. Ako voda bez molekúl
Hoci to znie futuristicky, výskumníci na Viedenskej technickej univerzite takéto javy už dnes pozorujú v kontrolovaných podmienkach. Vedci tu pracujú s Boseho–Einsteinovým kondenzátom, teda zvláštnym stavom hmoty, ktorý vzniká pri extrémne nízkych teplotách. V tomto stave sa atómy správajú ako jedno veľké kvantové „superpole“, čo vedcom umožňuje simulovať správanie častíc z vesmíru v oveľa menšom meradle.
Aby to dokázali, musia vytvoriť výnimočne čisté a stabilné prostredie. Chladiace zariadenia schladia na tisíciny stupňa nad absolútnou nulou, steny laboratória pokryjú medenou fóliou na odtienenie elektromagnetického rušenia a použijú aj robotické tlmiče, ktoré eliminujú aj tie najjemnejšie vibrácie, dokonca aj z blízkej trasy metra. Do takto izolovaného priestoru vložia tenký vzorok zložený napríklad z yterbia, kremíka a ródia.
Kým klasická fyzika tvrdí, že elektróny sa vodičom pohybujú jednotlivo alebo v malých skupinách, v týchto zvláštnych kovoch sa tento obraz rozpadá. Elektróny sa tu nesprávajú ako samostatné častice, akoby sa „rozplynuli“, a elektrický náboj prúdi ako hmla, bez konkrétneho nositeľa. Namiesto jednotlivých elektrónov sledujeme kolektívne správanie kvantovo prepleteného systému.
Lineárny odpor a supravodivosť
Jedným z poznávacích znakov zvláštnych kovov je ich zvláštny elektrický odpor. V normálnych kovoch odpor s rastúcou teplotou rastie podľa kvadratickej krivky. V zvláštnych kovoch však rastie úplne lineárne, čo štandardná teória nedokáže vysvetliť. Ešte zvláštnejšie je, že niektoré z týchto materiálov sa pri ochladení stanú supravodičmi, vedú elektrinu úplne bez odporu.
Neprehliadni
To vedie vedcov k myšlienke, že vysokoteplotná supravodivosť a zvláštnych metalicita sú dve strany tej istej mince. A možno práve cez pochopenie zvláštnych kovov raz objavíme materiály, ktoré budú supravodivé aj pri izbovej teplote, čo by mohlo zmeniť energetiku, dopravu či výpočtovú techniku.
Kvantové prepletenie a koniec elektrónov?
Viacerí vedci sa zhodujú, že kľúč k správaniu týchto materiálov spočíva v takzvanom kvantovom prepletení, fenoméne, pri ktorom sú vlastnosti častíc prepojené, aj keď sú od seba vzdialené. V zvláštnych kovoch môžu byť všetky elektróny prepojené naraz, čím vzniká stav, ktorý sa nedá popísať ako zhluk jednotlivých častíc.
Niektorí fyzici dokonca tvrdia, že pojem „elektrón“ už v týchto materiáloch nedáva zmysel. Namiesto častíc tu ide o akési excitácie, ktoré sa správajú úplne inak než čokoľvek, čo poznáme.
Nový pohľad na elektrinu
Pochopenie zvláštnych kovov je dnes jednou z najväčších výziev v oblasti fyziky kondenzovaných látok. Môže viesť k prepísaniu učebníc a otvoriť dvere k technológiám, ktoré si dnes ešte nevieme ani predstaviť. Fyzici ako Silke Bühler-Paschen, Qimiao Si alebo Philip Phillips už roky skúmajú tieto materiály a ich výsledky naznačujú, že budúcnosť elektriny môže byť oveľa zvláštnejšia, než sme si kedy mysleli.
Komentáre