Skok kwantowy na rzecz kolejnej generacji nadprzewodników Finansowani ze środków UE naukowcy dowiedli, że nadprzewodniki mogą pracować w wyższych temperaturach, otwierając drogę do wielu nowych zastosowań przemysłowych. © Shutterstock Materiały kwantowe – projektowane na poziomie subatomowym – mogą być precyzyjnie regulowane w celu osiągnięcia wyjątkowo użytecznych właściwości, które często nie występują w przyrodzie. Chodzi między innymi o nadprzewodnictwo – zdolność do przewodzenia energii elektrycznej bez oporu poniżej pewnej temperatury. W ramach ambitnego, finansowanego ze środków UE sześcioletniego projektu Q-MAC (Frontiers in Quantum Materials Control), którego realizacja rozpoczęła się zaledwie w 2013 r., już wypracowano wiele potencjalnie przełomowych osiągnięć w tej dziedzinie. Uzyskane wyniki mogą znacząco pogłębić wiedzę Europejczyków na temat nadprzewodnictwa i pomóc w utorowaniu drogi nowym zastosowaniom przemysłowym, od superkomputerów po pociągi na poduszce magnetycznej. Nadprzewodniki w wyższych temperaturach Zespół wykazał na przykład, że oświetlenie nadprzewodników laserem pozwala im pracować w wyższych temperaturach. Ma to istotne znaczenie, gdyż obecnie nadprzewodniki mogą pracować tylko w bardzo niskich temperaturach, co wymaga stosowania kosztownego, płynnego azotu lub helu. Nadprzewodniki stosuje się w wielu zaawansowanych technologicznie urządzeniach, takich jak skanery medyczne, super szybkie komputerowe obwody elektroniczne i pociągi wykorzystujące magnesy nadprzewodzące do zwiśnięcia ponad torami, dzięki czemu eliminowane jest tarcie. Stworzenie nadprzewodników pracujących w wyższych temperaturach – a nawet w temperaturze pokojowej – może przyczynić się do obniżenia kosztów poprzez wykluczenie konieczności schładzania i zaowocować nowymi zastosowaniami. Skupiając się na materiale, który składa się z atomów potasu i węgla, uporządkowanych w struktury przypominające piłkę, zespół Q-MAC będzie poszukiwać innych nadprzewodników, które można zmusić do pracy w jeszcze wyższych temperaturach. Naukowcy dążą także do opracowania nowych metamateriałów – takich, które nie występują w przyrodzie – oferujących zoptymalizowane nadprzewodnictwo. Nadprzewodniki wysokotemperaturowe do zastosowań praktycznych Kolejnym ważnym celem jest zapewnienie stabilności nadprzewodników wysokotemperaturowych, które mogą posłużyć do zastosowań praktycznych. To nie takie proste, gdyż nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe to delikatna właściwość, trudna do utrzymania przez dłuższy czas. Wyzwanie polega zatem na tym, aby zapobiec zakłóceniom systemu wywoływanym przez ciepło lub inne czynniki środowiskowe. Aby rozwiązać ten problem, zespół analizuje obecnie możliwość „schowania” systemu nadprzewodzącego między warstwami ochronnymi ze specjalnie opracowanych materiałów, które osłaniałby go przed zakłóceniami. Wykorzystane zostaną nowatorskie techniki doświadczalne w połączeniu z zaawansowanymi symulacjami komputerowymi. Zespół projektu Q-MAC odkrył także, że skrajnie krótkie impulsy promieni Rentgena mogą zostać użyte do wzbudzenia drgań w kryształach, wywołując zmianę we właściwościach magnetycznych warstwy o grubości atomowej na ich powierzchni. Ta powłoka tlenkowa o grubości atomowej ma całkowicie odmienne właściwości od postaci masowej. To sprawia, że złożone struktury tlenkowe są uniwersalnym narzędziem w zakresie materiałów inżynierskich i właściwości urządzeń. Tego typu ultraszybkie metamateriały kontrolowane światłem mogą otworzyć nowe perspektywy w technologiach pamięci magnetycznej. Ponadto, jeżeli chodzi o stronę praktyczną, projekt Q-MAC kładzie także nacisk na wypracowanie dokładnej wiedzy teoretycznej na temat zachowania atomów i elektronów w materiałach kwantowych. Prace nad projektem Q-MAC mają potrwać do września 2019 r. Więcej informacji: witryna projektu Q-MAC Kraje Niemcy
