Új elemi szupravezetőt találtak

Nyomás alatt egy régi elem is képes új trükkök elsajátítására. Lehűtve és jókora nyomás alatt a ritka földfémek csoportjába tartozó európiumról is kiderült, hogy képes a szupravezetésre, így ez az 53. a természetben előforduló 92 elem közül, ami rendelkezik ezzel a tulajdonsággal.

Hét év telt el a legutóbbi elemi szupravezető felfedezése óta, ami mindenképpen jelentősnek számít, hiszen egyre kevesebb elem jöhet szóba a periódusos táblázatban. A felfedezés segít a tudósoknak a szupravezetésről szerzett elméleti ismereteik bővítésében, ami egyszer talán elvezet a hőn áhított szobahőmérsékletű szupravezetőkhöz, melyekkel sokkal hatékonyabbá válna az energiaátvitel és az energiatárolás.

Az ezüstös színű európium szobahőmérsékleten és normál nyomáson erős mágnesességgel rendelkezik. A Physical Review Letters legutóbbi számában megjelent tanulmány egyik szerzője, James Schilling, a St. Louisi Washington Egyetem kutatója szerint az európium képes lenne a szupravezetésre, ha sikerülne legyőzni a mágnesességét, ami meggátolja a szupravezetéshez szükséges elektronpár képződést. "A legtöbb ritka föld fém környezeti nyomáson is képes lenne a szupravezetésre, leszámítva a mágnesességüket" - mondta Schilling.

Az európium mágnesessége a nukleuszához legközelebb keringő elektronoktól ered. Az európium atomoknak jellemzően hét elektronjuk van a legbelső héjukban. Schilling és munkatársai rájöttek hogy nagy nyomás alatt ezen elektronok egyike kiugrik a héjból, megszüntetve az európium mágnesességét. Ennek eléréséhez a kutatók a fémet egy speciális eszközbe, egy úgynevezett gyémánt-présbe helyezték, ami egy hatalmas nyomás kifejtésére alkalmas parányi kínzókamra. A behelyezett mintát két jókora gyémánt nyomja össze. Ezután a kutatók az európiumot -271,35 Celsiusra hűtötték. Környezeti nyomáson a legmagasabb hőmérséklet amin egy anyag szupravezetővé válik -218 Celsius fok, ehhez azonban egy összetett anyagra szükség van, ami öt különböző elem keverékéből áll. Hogy ez a keverék miért ilyen jó szupravezető, azt sajnos még nem értik a tudósok. Az európium 80 gigapascal nyomáson, a tengerszinten tapasztalható légköri nyomás közel nyolcszázezerszeresén vesztette el mágnesességét, mindenféle ellenállás nélküli szabad áramlást biztosítva az elektronoknak a fémen keresztül.

A tudósoknak nem áll elegendő elméleti ismeret a rendelkezésükre, hogy az elemek olyan kombinációjával álljanak elő, ami szobahőmérsékleten is képes lenne a szupravezetésre. Schilling eredményei újabb adatokkal szolgálnak a jelenlegi elméleti modellek finomításához.

"Elméletben a szilárd elemeket viszonylag egyszerű megérteni, mivel csak egyfajta atomot tartalmaznak" - magyarázta Schilling. "Nyomás alkalmazásával azonban ezeket az elemeket egy új rendszerek törvényeinek tesszük ki, ahol már nehézségeink támadnak a dolgok megértésével kapcsolatban. Ha sikerül megértenünk az elemek viselkedését ezekben az új rendszerekben, talán képesek lehetünk olyan keverékek előállítására, ami magasabb hőmérsékletű szupravezetésre is alkalmas."