W laboratorium Uniwersytetu Cornella fizycy niespodziewanie odkryli, że nadprzewodnictwo w selenku żelaza FeSe zależy nie od liczby elektronów, lecz od tego, jak doskonała jest sieć krystaliczna materiału. Wniosek ten zmienia utarte wyobrażenie o wysokotemperaturowych nadprzewodnikach i otwiera nową drogę do sterowania nimi.
Zwykle w takich materiałach naukowcy zmieniają liczbę elektronów — tak zwane domieszkowanie — aby trafić w „kopułę” nadprzewodnictwa, w której materiał traci opór w stosunkowo wysokich temperaturach. W FeSe okazało się jednak inaczej. Badacze pod kierownictwem Kyle’a Shena wykazali, że krzywa tej kopuły jest ściśle związana z rozpraszaniem elektronów na defektach sieci, a nie z koncentracją nośników ładunku.
Wyobraźmy sobie miejskie ulice: jeśli drogi są równe i bez dziur, samochody jadą szybko i bez przeszkód. Gdy pojawią się wyboje i przeszkody — ruch zwalnia, nawet jeśli samochodów nie przybyło. Tak samo jest w krysztale FeSe: elektrony „potykają się” o niedoskonałości sieci i właśnie to decyduje o tym, kiedy materiał staje się nadprzewodnikiem.
Postdoc Paul Malinowski, pierwszy autor pracy opublikowanej w PNAS, wyjaśnia: „Ustaliliśmy, że kopuła w tym materiale sterowana jest zupełnie nie tym, do czego przywykliśmy. Nie tym, ile elektronów dodajemy, lecz tym, jakie przeszkody napotykają one na swojej drodze — jak doskonała lub niedoskonała jest sieć krystaliczna”.
Eksperymentatorzy zastosowali nową metodę kontrolowania FeSe i zmierzyli, jak zmienia się opór przy różnych poziomach nieporządku. Okazało się, że minimalny nieporządek pozwala osiągnąć maksymalną temperaturę nadprzewodnictwa, podczas gdy sama zmiana liczby elektronów daje znacznie mniejszy efekt. To odróżnia FeSe od większości innych nadprzewodników zawierających żelazo.
Odkrycie jest ważne nie tylko dla fizyki fundamentalnej. Zrozumienie roli nieporządku strukturalnego może pomóc tworzyć bardziej stabilne i łatwiejsze do sterowania materiały dla przyszłych technologii — od potężnych magnesów po urządzenia kwantowe. Im czystsza sieć, tym bliżej jesteśmy praktycznego wykorzystania wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa.
