W 1986 roku odkrycie nadprzewodnictwa w materiałach ceramicznych na bazie miedzi — kupratach — przewróciło wyobrażenia fizyków. Temperatura przejścia w stan nadprzewodzący nagle wzrosła kilkakrotnie powyżej dotychczasowej granicy, a znana teoria BCS, wyjaśniająca to zjawisko drganiami sieci, przestała działać.
Międzynarodowy zespół pod kierownictwem profesora Nigela Hassiego z Uniwersytetu Radboud i HFML-FELIX wspólnie z kolegami z Chin, Wielkiej Brytanii i USA w końcu odnalazł kluczowy mechanizm. Badacze wykazali, że w kupratach domieszkowanych elektronowo, takich jak tlenek lantanu-ceru-miedzi, elektrony tworzą pary właśnie dzięki oddziaływaniu z fluktuacjami spinowymi — szybkimi drganiami drobnych momentów magnetycznych atomów.
Aby to udowodnić, naukowcy wytworzyli specjalną cienką warstwę z łagodnym gradientem temperatury krytycznej wzdłuż długości. Kontakty litograficzne pozwoliły zmierzyć opór przy różnych wartościach temperatury przejścia, zachowując ten sam poziom nieuporządkowania. Analiza danych w silnych polach magnetycznych ujawniła: głównym źródłem oporu jest rozpraszanie elektronów na fluktuujących spinach, a siła tego oddziaływania bezpośrednio koreluje z temperaturą nadprzewodnictwa.
Analogia jest prosta: wyobraźcie sobie strumień elektronów jako tłum ludzi w metrze. Fluktuacje spinowe to nagłe „szturchnięcia” od sąsiadów, które w zwykłym metalu utrudniają ruch, ale w kupratach pomagają elektronom „spiąć się” w pary i poruszać się bez strat. To właśnie ta zależność, a nie drgania jonów, okazała się rozstrzygająca.
Praca ujawniła jednak także drugi, dotąd nieznany „składnik”. Nawet wzmacniając oddziaływanie ze spinami, nie można osiągnąć rekordowych temperatur obserwowanych w innych rodzinach kupratów. Poszukiwanie brakującego czynnika staje się teraz głównym zadaniem teoretyków.
Wyniki opublikowano w Nature Physics i przybliżają moment, w którym wysokotemperaturowe nadprzewodniki będą mogły działać w temperaturach osiągalnych bez drogiego chłodzenia. Otworzy to drogę do superefektywnych linii przesyłowych, potężnych magnesów dla medycyny i technologii kwantowych przyszłości.
