Išaugintas kristalas, galintis padėti įminti aukštatemperatūrio superlaidumo paslaptį

Kristalas, žinomas herbertsmitito vardu, priklauso kristalų, vadinamų cinko – paratakamitais, šeimai, kuri pirmąkart aptikta dar 1906 metais. Fizikai daugiau dėmesio pradėjo skirti kvantiniams sukinių skysčiams 1987 metais, kuomet fizikos Nobelio premijos laureatas Filipas Andersonas (Philip Anderson) iškėlė hipotezę, jog kvantinių sukinių skysčių teorija gali sietis su aukštatemperatūrio superlaidumo reiškiniu, kuris leidžia medžiagose elektros srovei tekėti be jokio pasipriešinimo esant temperatūroms, aukštesnėms už -253 ^oC.

Tam, kad patikrintų šią hipotezę, mokslininkai ėmė ieškoti medžiagų, kurios išlaikytų savo kvantinių sukinių judėjimą temperatūrai mažėjant iki apytikriai absoliutaus nulio (-273 ^oC). Praktiškai visose įprastinėse medžiagose tokiose žemose temperatūrose sukiniai nustoję judėję, kaip, beje, sustoja bet koks judėjimas, kuomet prarandama visa kinetinė energija.

Pasak pagrindinio straipsnio, išspausdinto „Physical Review B“ žurnale, autoriaus Tianhengo Hano (Tianheng Han), kvantinio sukinių skysčio identifikavimas ir tokio skysčio kristalų sukūrimas galėtų padėti fizikams perprasti aukštatemperatūrių superlaidininkų veikimo mechanizmą. Prie straipsnio taip pat prisidėjo keli Masačiusetso technologijos instituto fizikos ir chemijos profesoriai.

Nors herbertsmititas yra ne superlaidininkas, o dielektrikas, kvantinė sukinių skysčio teorija teigia, jog šio kristalo legiravimas (priemaišų įterpimas) galėtų jį paversti superlaidininku.

T. Hanui ir jo kolegoms pavyko susintetinti beveik trečdalį gramo gryno herbertsmitito monokristalo. Apskritai šis kristalas yra aptinkamas gamtoje, tačiau jis nėra grynas, todėl netinkamas eksperimentams, kurių metu nustatomos fizikinės savybės. Tyrėjai ketina atlikti daugiau bandymų, kad įsitikintų, ar šis herbertsmitito kristalas iš tiesų yra kvantinis sukinių skystis. Vienas svarbus aspektas yra ištisinės spinonų terpės paieška – tam tikrų kvantino frakcijiškumo požymių aptikimas. Žymus šio reiškinio pavyzdys yra dalinis kvantinis Holo efektas, už kurį 1998 metais suteikta fizikos Nobelio premija.

Pasak Džono Hopkinso universiteto (JAV) fizikos profesoriaus Kolino Broholmo (Collin Broholm), turėdami pakankamą herbertsmitito kristalų kiekį, mokslininkai galėtų atlikti eksperimentus, kurie atskleistų neįprastą šios medžiagos elgesį. „Dabar galima atlikti neutronų sklaidos tyrimus, kurie suteikia itin išsamios informacijos, neprieinamos jokiais kitais metodais“, – prideda profesorius.