Dosud jen domněnku, že spinová interakce elektronů je původcem supravodivosti ve sloučeninách těžkých kovů, se nyní podařilo potvrdit německým, českým a italským badatelům. Společným úsilím experimentátorů z Ústavu pro transuranové elementy v Karlsruhe a teoretiků z Fyzikálního ústavu (FZÚ) AV ČR v Praze a z Polytechniky v Turíně byla totiž poprvé jednoznačně určena symetrie parametru uspořádání v supravodivé fázi sloučeniny PuCoGa5. Významné výsledky jejich práce v těchto dnech uveřejnil prestižní mezinárodní odborný časopis Nature Communications.
Zmíněná symetrie, získaná ze spektroskopických měření takzvané Andrejevovy reflexe, odpovídá
teoretické předpovědi pro magnetickými interakcemi indukovanou supravodivost, což je poměrně
překvapivý výsledek, neboť tato sloučenina jinak nevykazuje žádné makroskopické magnetické chování.
Podrobný teoretický rozbor ale ukazuje, že tento zdánlivý rozpor lze vysvětlit na základě dynamické
kompenzace mikroskopických magnetických momentů, jež vyplývá z kvantově mechanických výpočtů elektronové struktury z prvních principů, které ve
FZÚ AV ČR provedli Ing. Alexandr B. Shick, CSc., a Mgr. Jindřich Kolorenč, Ph.D.
Kovy obsahují velké množství volných elektronů, které nejsou vázány k atomům, z nichž se látka
skládá. Proto mohou vést elektrický proud, který je ale obecně brzděn poruchami pravidelného
uspořádání krystalické mřížky. Supravodivost, jež byla objevena před sto lety, je ale schopnost
vést elektrický proud bez odporu materiálu, tedy bez ztráty energie. Pro vznik supravodivosti je
nutná efektivní vzájemná přitažlivá síla mezi elektrony kovu. Jak známo, elektrony jsou elektricky
nabité částice, které se normálně elektrostaticky odpuzují. První, a dosud jediný nezpochybnitelný
mechanismus zprostředkování přitažlivé síly mezi elektrony je Bardeenova, Cooperova a Schriefferova
(BCS) teorie, podle které interakce elektronů s kmitajícími ionty v krystalické mřížce může
vést ke vzniku vázaných elektronových, tzv. Cooperových párů, které pak v nízkých teplotách
kondenzují do supravodivého stavu. Tento mechanismus supravodivosti funguje pro většinu normálních
supravodičů, nedovolujících průnik magnetického pole do materiálu. Za toto zásadní pochopení vzniku
supravodivosti v kovech obdrželi jejich autoři v roce 1972 Nobelovu cenu.
Magnetismus kovů, který je též důsledkem chování elektronů, se obecně nesnáší se
supravodivostí, neboť pro vznik magnetického chování je nutné silné odpuzování elektronů. Chemická
sloučenina plutonia PuCoGa
5 je typickým materiálem se silně interagujícími elektrony, který však při nízkých teplotách
místo očekávaného magnetického chování přechází do supravodivého stavu. Kritická teplota, pod
kterou se stává tento kov supravodivý, je dokonce nejvyšší ze všech transuranových
sloučenin.
Elektron kromě elektrického náboje nese i spin, což je kvantová charakteristika odpovídající
vnitřní rotaci částice. Rotující elektrický náboj generuje magnetický moment, který interaguje s
jinými magnetickými momenty. Vzájemná interakce magnetických momentů elektronů za příhodných
okolností generuje efektivní přitažlivost elektronů lokalizovaných na sousedních atomech
krystalické mřížky. Tato přitažlivá síla pak může stabilizovat supravodivý stav.
Teplotní závislost odporu monokrystalu studované látky ukazující supravodivý fázový
přechod.
Podrobné informace:
Mgr. Jindřich Kolorenč, Ph.D.,
kolorenc@fzu.cz a Ing. Alexander Shick, CSc.,
shick@fzu.cz, oba Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
Publikovaný článek:
D. Daghero, M. Tortello, G.A. Ummarino, J.-C. Griveau, E. Colineau, R. Eloirdi, A.B. Shick, J.
Kolorenc, A.I. Lichtenstein, and R. Caciuffo:
Strong-coupling d -wave superconductivity in PuCoGa
5 probed by point-contact spectroscopy, Nature Communications zz (2012)
xxxx
Připravily: Fyzikální ústav AV ČR a Odbor mediální komunikace Kanceláře AV ČR
18 Apr 2012