Lesz örök életű akku?
A szupravezetés rendkívül izgalmas jelenség a fizikában, ám a hétköznapokban a legtöbb ember aligha találkozik vele. Pedig milyen érdekes, hogy nagyon alacsony hőmérsékleteken, az abszolút nulla fok (zéró Kelvinfok) közelében egyes anyagokban a villamos áram gyakorlatilag „örökké” keringhet, mert eltűnik az ellenállás. Ezt a jelenséget jó régen ismerjük, hiszen csaknem száz éve fedezte fel Heike Kammerlingh Onnes holland fizikus, aki ezért, két évvel utána Nobel-díjat is kapott.
Ma már számos helyen hasznosítják is a szupravezetést, az ipartól kezdve a közlekedésen át egészen a gyógyítás tudományáig. Mintegy két éve viszont egy meglepően új jelenséget fedeztek föl orosz tudósok (meg még velük együttműködésben németek): Valerij Vinokur, az amerikai Argonne Nemzeti Laboratórium és Tatjána Baturina, a novoszibirszki Félvezető Fizikai Intézet munkatársa.
Ők éppen ellentétes viselkedést tapasztaltak, mint a szupravezetőkben. Vinokur, Baturina és munkatársaik azt találták, hogy mágneses térben és igen alacsony, az abszolút nulla fok közelében, 70 mK (ezred Kelvinfok) hőmérsékletre hűtött, titán-nitridből készített vékonyréteg anyag meglepő tulajdonságot mutat, ugyanis villamos ellenállása a százezerszeresére ugrik.
Most, korábbi eredményeiket továbbfejlesztve a szerzők (kiegészítve még másokkal, például Nyikolaj Csetcselkatcsevvel, a moszkvai Fizikai és Technológiai Intézet munkatársával) újabb szenzációs lépésről számoltak be a Physical Review Lettersben megjelent tanulmányukban. Ebben azt írják le, hogy hogyan viselkedik a szupraszigetelés mikroszkopikus méretekben. A magyarázat igencsak bonyolult, megértése meglehetősen erős fizikatudást igényel.
A most publikált új eredmények jelentősége, hogy míg a kutatók 2008-ban még csak kvalitatív képet kaptak a jelenségről, ezúttal már részletes számításokig is eljutottak. Ami azért fontos, mert így valóban ígéretesek lehetnek a szupraszigetelők alkalmazási lehetőségei. Ma még nehéz megmondani erről az elméleti kutatási eredményről, mivé alakulhat a gyakorlatban, ahogyan egy újszülöttnél sem tudhatjuk, milyen személyiség válik belőle, és egyáltalán meddig élhet.
De már jelenleg is látszik néhány alkalmazási lehetőség, például rendkívül érzékeny érzékelők létrehozása, vagy egészen újfajta, különleges áramkörök kidolgozása. Értékesnek tűnik a fontos, kiemelt helyeken működő akkumulátorok hosszú távú működtetése is. Ismert, hogy a levegőn az akkumulátorból folyamatosan távoznak töltések, mert a levegő nem elég jó szigetelő. Ezért egy hosszú ideig magára hagyott akkumulátor előbb-utóbb lemerül.
„Ha szupravezetőn engedünk át áramot, akkor az elvileg az idők végeztéig áramlani fog benne, míg ellenkezőleg, a szupraszigetelő »örökké« őrizni fogja a benne lévő töltéseket” – mutat rá Vinokur, bár hozzáteszi, hogy még rengeteg megválaszolatlan kérdés áll előttük. De hát a szupravezetés esetében is évtizedek teltek el a jelenség felfedezésétől addig, amíg annak mikroszkopikus méretekben leírt elméletéig eljutottak. Valószínű, hogy a szupraszigetelés gyakorlati alkalmazásáig is hosszú út vezet még, bár napjaink gyors műszaki fejlesztéseit ismerve talán nincs is túl meszsze a cél.
Egyszerre mozgó párok
A szupravezetésre és a szupraszigetelésre a magyarázatot az úgynevezett Cooper-párok adják (az elnevezés névadója Leon Cooper Nobel-díjas amerikai fizikus, aki 1956-ban írta le a jelenséget). A Cooper-párokat két elektron alkotja, amelyek igen alacsony hőmérsékleten és igen gyenge vonzás mellett jönnek létre.
A szupravezetés esetén a párok együtt, egyszerre mozognak, és ez teszi lehetővé, hogy a villamos áram ellenállás nélkül folyjék az anyagban mindaddig, amíg a külső feltételek meg nem változnak. A szupraszigetelésért is a Cooper-párok felelősök, csak ez esetben egymást taszító elektronpárok jönnek létre, amelyek megakadályozzák az áramlást.
Ez a „párba állás” eléggé gyenge, már kis energia, vagyis igen kis hőmérséklet-növekedés vagy a külső mágneses tér változása is könnyen széttörheti.
