Tämä maa-alkalimetalli, jota esiintyy runsaasti luonnossa ja joka on välttämätön ihmisen aineenvaihdunnalle, syntyy myös vanhenevissa tähdissä. Vaikka se on hyvä sähkönjohdin, sitä ei ole koskaan pidetty suprakonduktorina, ennen kuin viimeaikaiset tutkimukset.
Tutkijaryhmä, johon kuuluu Giovanni Ummarino Torinon polyteknisestä yliopistosta, on tutkinut, miten kvanttitilaus voisi muuttaa ei-suprakonduktoreita suprakonduktoreiksi. Heidän tutkimuksensa, joka on julkaistu Condensed Matter -lehdessä, ehdottaa, että magnesium voisi saavuttaa tämän tilan ultraohuiden kalvojen muodossa.
Kvanttitilaus, ilmiö, jossa kvanttipartikkelin energia kasvaa sen tilarajoitusten myötä, on tämän löydön ytimessä. Tutkijoiden laskelmat, ilman säädettäviä parametreja, ennustavat 10 Kelvinin kriittistä lämpötilaa magnesiumkalvoille, joiden paksuus on alle 1 nanometri.
Tämä lämpötila, joka voidaan saavuttaa nestemäisellä heliumilla, avaa mahdollisuuksia kvanttielekroniikan sovelluksille. Toisin kuin nykyisin käytettävä alumiini, magnesium voisi toimia korkeammissa lämpötiloissa, mikä vähentäisi kustannuksia ja ympäristövaikutuksia.
Tämän löydön vaikutukset voivat olla merkittäviä, erityisesti kvanttilaskennan alalla. Alumiinin korvaaminen magnesiumilla qubiteissa voisi tehdä kvantti-teknologioista helpommin saatavilla ja kestävämpiä.
Tutkijat odottavat nyt kokeellista vahvistusta ennustuksilleen. Jos se toteutuu, tämä edistysaskel voisi merkitä käännekohtaa suprakonduktoreiden kehityksessä ja niiden sovelluksissa.
Tämä tutkimus havainnollistaa, miten teoreettiset edistysaskeleet voivat avata tietä suurille teknologisille innovaatioille. Magnesium, yleinen alkuaine, voisi näin ollen tulla avaintekijäksi tulevissa kvantti-teknologioissa.
Mitä kvanttitilaus tarkoittaa?
Kvanttitilaus kuvaa kvanttipartikkelin energian kasvua, kun se on tilarajoitettu. Tämä ilmiö, joka liittyy Heisenbergin epävarmuusperiaatteeseen, tarkoittaa, että mitä enemmän partikkeli on paikallistettu, sitä suuremmat sen energian vaihtelut ovat.
Materiaalien osalta kvanttitilaus voi radikaalisti muuttaa niiden elektronisia ominaisuuksia. Esimerkiksi ultraohuet metallikalvot voivat nähdä sähkönjohtokykynsä muuttuvan, siirtyen normaalista tilasta suprakonduktoriin.
Tämä ominaisuus avaa mahdollisuuksia uusien materiaalien suunnittelulle, joilla on ennennäkemättömiä toimintoja. Tutkijat hyödyntävät tätä ilmiötä tutkiakseen aineen tiloja, jotka olivat aiemmin saavuttamattomia.
Kvanttitilaus on näin ollen voimakas työkalu materiaalitieteessä, joka mahdollistaa fyysisten ominaisuuksien tuntemusten rajojen ylittämisen.
Miksi kriittinen lämpötila on tärkeä suprakonduktiivisuudessa?
Kriittinen lämpötila on se lämpötila, jonka alapuolella materiaali muuttuu suprakonduktoriksi. Se määrittää olosuhteet, jotka ovat tarpeen tämän ilmiön havaitsemiseksi, mukaan lukien tarvittavan jäähdytyksen tyypin.
Korkeampi kriittinen lämpötila helpottaa suprakonduktiivisuuden käyttöä, koska se mahdollistaa edullisempien ja helpommin saatavien jäähdytysmenetelmien käytön. Esimerkiksi nestemäistä heliumia, joka on halvempaa kuin muut teknologiat, voidaan käyttää jopa 4,5 Kelvinin lämpötiloissa.
Magnesiumin tapauksessa 10 Kelvinin kriittinen lämpötila tarkoittaa, että nestemäinen helium riittää suprakonduktori-tilan saavuttamiseksi. Tämä on vastakohta alumiinille, joka vaatii matalampia lämpötiloja ja siten monimutkaisempia jäähdytysmenetelmiä.
Materiaalien etsiminen, joilla on korkeammat kriittiset lämpötilat, on siten tärkeä haaste tehdä suprakonduktiiviset teknologiat elinkelpoisemmiksi ja edullisemmiksi.