Odkrili nove zakonitosti na področju superizolatorjev

Superprevodniki so bili v zadnjem desetletju pravi znanstveni hit in so prodrli na veliko področij v industriji. Superprevodnost pa v večjem obsegu sama po sebi, brez ustrezne izolacije, ki prepreči izgube energije in ohranja električni naboj, ni dovolj. Superizolatorji so bili do določene mere zapostavljeni v mrzlici iskanja čim boljših superprevodnikov, kar pa se zna v prihodnjih letih spremeniti. Znanstveniki ameriškega državnega laboratorija Argonne so namreč v sodelovanju z nekaj Evropskimi institucijami uspeli izpeljati zanimiv poskus, ki jih je pripeljal do novega odkritija o superizolatorjih. Spoznanje bo morda spremenilo raziskave na področju fizike zgoščene snovi in položilo temelje za novo generacijo mikroelektornike.
Mednarodna skupina znanstvenikov iz laboratorija Argonne, Nemčije, Rusije in Belgije je pod vodstvom Valerija Vinokura in Tatjane Baturine uspela ustvariti tanek film titanovega nitrida, ki so ga ohladili na temperaturo blizu absolutne ničle. Skozi material so spustili tok in opazili, da se upornost kar za sto tisoč-krat poveča, ko temperatura pade pod pod določeno mejo. Podobno spremembo pa so opazili tudi pri zmanjšanju jakosti zunanjega magnetnega polja.

V primeru, da pustite baterijo izpostavljeno na zraku, bo v nekaj dneh ali tednih izgubila določeno količino naboja, saj zrak, kot razlaga Vinokur, ni popoln izolator. „Če spustite tok skozi superprevodnik, bo večno prevajal tok. Enako je tudi obratno – superizolator bi moral v teoriji za vedno ohraniti naboj,“ pojasnjuje Vinokur in dodaja: „Filmi iz titanovega nitrida in drugih materialov so lahko, odvisno od debeline materiala, superprevodniki ali pa izolatorji. Če pri filmu, ki sicer ima izolacijske lastnosti, spremenite temperaturo in zmanjšate jakost magnetnega polja, ta nenadoma postane superizolator.“

Znanstveniki bi lahko postopoma ustvarili superizolatorje, ki bi izolirali superprevodne materiale. Na ta način bi dobili optimalno učinkovito napeljavo za distribucijo elektrine, pri kateri skoraj ne bi prihajalo do izgub energije v obliki toplote. Manjše izvedbe takšnih vodov bi lahko uporabljali tudi v tiskanih vezjih. Film iz titanovega nitrida v določenem trenutku postane superizolator, ker se elektroni v materialu združijo v tako imenovane Cooperjeve pare. Ti so v superprevodnikih povezani v dolge verige, ki omogočijo prosto gibanje elektronov in ne ovirajo električnega toka – v superizolatorjih pa Cooperjevi pari ostanejo ločeni in se drug drugega izogibajo. S tem ustvarjajo velike električne sile, ki preprečujejo penetracijo toka v material.