Kiedy jednak myślimy o nadprzewodnikach, na myśl przychodzą nam naprawdę nietypowe materiały. Tymczasem zespół naukowców z Politechniki w Turynie dowiódł właśnie, że w odpowiednich warunkach, nawet zwykłe, powszechnie występujące pierwiastki mogą wykazywać właściwości nadprzewodnika.
W najnowszym artykule naukowym badacze przyjrzeli się dokładniej powszechnie występującemu w przyrodzie magnezowi, dokładnie temu samemu, który odgrywa istotną rolę we wszystkich procesach biologicznych i geologicznych. Magnez znajdziemy praktycznie wszędzie wokół siebie, w minerałach, roślinach i w… tabletkach, szczególnie gdy od nadmiaru wysiłku fizycznego doświadczamy skurczy mięśni.
Czytaj także: Chiński nadprzewodnik przekracza ważną granicę. Za tym progiem dzieją się zadziwiające rzeczy
Powszechnie wiadomo, że choć magnez nadprzewodnikiem nie jest, to akurat jest całkiem dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego. Szkoda, bowiem nadprzewodniki mają ogromny potencjał do tego, aby praktycznie postawić na głowie wiele sektorów gospodarki i zapewnić nam potężny skok technologiczny, szczególnie w sektorze energetycznym, ale także w wielu technologiach obrazowania medycznego, czy w komputerach kwantowych.
Okazuje się jednak, że nie wszystko jeszcze wiemy o magnezie. Naukowcy z Politechniki w Turynie wskazują bowiem, że nałożenie pewnych ograniczeń kwantowych na magnez (oraz wiele innych materiałów uznawanych za nienadprzewodzące), może wywołać w nich właśnie takie właściwości.
Ograniczanie kwantowe to zjawisko, w którym energia cząstki kwantowej, na przykład elektronu, wzrasta, gdy jej ruch jest ograniczany w wymiarach przestrzennych. Zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga, im dokładniej znamy położenie cząstki, tym mniej możemy się dowiedzieć o jej pędzie, a to objawia się gwałtownym wzrostem fluktuacji energii.
Czytaj także: Naukowcy odkryli ukryty wzór w prawach fizyki rządzących wszechświatem
W ramach swojej prac naukowcy przeprowadzili symulacje komputerowe, które weryfikowały, w jakich warunkach magnez może stać się nadprzewodnikiem. Wyniki badań były zaskakujące. Okazało się bowiem, że warstwy magnezu o grubości poniżej jednego nanometra także mogą zachowywać się jak nadprzewodniki.
To jednak jeszcze nie wszystko. Analiza danych z symulacji wykazała, że temperatura krytyczna, po której osiągnięciu magnez staje się nadprzewodnikiem wynosi 10K dla warstwy magnezu o grubości 0,5 nanometra. Owszem, jest to ekstremalnie niska temperatura, ale mimo wszystko jest ona wyższa od takiej samej temperatury krytycznej dla aluminium.
Czy to ma jakieś znaczenie?
Naukowcy wskazują, że tak. Krytyczna temperatura dla aluminium wynosi 1,6K, a dla magnezu 10K. Co jednak niezwykle ważne, wykorzystując ciekły hel, można chłodzić różne materiały do temperatury 4,5K. To kluczowa informacja, jeżeli weźmiemy pod uwagę fakt, że chłodzenie ciekłym helem jest znacznie tańsze od metod, których wymaga chociażby aluminium, aby osiągnąć właściwości nadprzewodzące.
Sytuacja jest zatem niezwykle interesująca. Jeżeli bowiem uda się eksperymentalnie potwierdzić wyniki symulacji, magnez będzie mógł zastąpić aluminium w wielu obwodach elektroniki kwantowej. W ten sposób negatywny wpływ komputerów kwantowych na środowisko znacząco się zmniejszy. Wyeliminowanie wymogu stosowania energochłonnych systemów chłodzenia i zastąpienie ich ciekłym helem może przyspieszyć rozwój technologii kwantowych.