Vaatame lühidalt viimase aja lubavaid tulemusi kõrgtemperatuurse ülijuhtivuse uurimises.
Ülijuhtivuse nähtus avastati juba pea sajandi eest, kui 1911 aastal Heike Kamerlingh Onnes mõõtis metallide elektrijuhtivust ülimadalatel temperatuuridel. Kolm aastat varem oli just tema see, kes esmakordselt heeliumi veeldas. Vedela heeliumiga jahutas ta 1911 aastal ka elavhõbedat ja leidis, et temperatuuril 4.2K kadus selle elektritakistus hüppeliselt. Alles 1950-ndal aastal loodi Ginzburgi-Landau teooria, mis selgitab ülijuhtivust makroskoopilisel tasemel ja 1957 aastal järgnes Bardeen-Cooper-Schifferi teooria, mis selgitas ülijuhtivuse mikroskoopilist mehhanismi. Kuid 1968 avastasid sakslane Johannes Georg Bednorz ja šveitslane Karl Alexander Müller vase ühendi, millel esines ülijuhtivus enneolematult kõrgel temperatuuril 35K. Vasel põhinevaid kõrgtemperatuurseid ülijuhte on hiljem leitud veelgi ja esmaavastajad on oma panuse eest ka Nobeli preemia pälvinud, kuid seni puudub kõrgtemperatuurset ülijuhtivust kirjeldav mikroskoopiline teooria. Praeguseks on leitud ka materjal, mis säilitab ülijuhtivad omadused kuni temperatuurini umbes 138K (-135°C). See võib küll tunduda väga külm, ent reaalseid seadmeid -135°C-ni jahutada on oluliselt hõlpsam kui -270°C-ni, sest selleks saab kasutada kättesaadavamat ja odavamat vedelat lämmastikku heeliumi asemel. Veelgi paremate kõrgtemperatuursete ülijuhtide teadlikumaks loomiseks on oluline mõista nendes toimuvaid protsesse. Üks võimalus selleks on uurida erinevaid materjale ja tingimusi, kus ülijuhtivus esineb. Käesolev kalendriaasta on selles osas viljakas olnud – hiljuti leiti uus klass kõrgtemperatuurseid ülijuhte – raudpniktiidid. See avastus võimaldab otsida ühiseid tunnuseid nende ja varem tuntud vasel põhinevate kupraatide vahel. Nendega tutvumiseks võib alustada APS elektroonilise ajakirja Physics ülevaateartiklist [1]. Teine oluline avastus puudutab kõrgtemperatuurset ülijuhtivust õhukestes kiledes. Hiljuti avaldatud töös kirjeldatakse isolaatori (La2CuO4) ja metalli (La1.55Sr0.45CuO4) õhukesel piirkihil ilmnevat ülijuhtivust temperatuuril kuni 50K [2]. Kumbki materjal eraldivõetuna ei ole ülijuht, kuid nende piirpinnal esineb nanomõõtmeis ülijuhtivuspiirkond.
Üldiselt on kõrgtemperatuurse ülijuhtivuse seisukohalt peetud kriitiliseks lisandiaatomite olemasolu baasmaterjalis, kuid mõned tulemused [3] viitavad, et sobiva rõhu korral esineb ülijuhtivus ka nendeta. Teisalt seondub kõrgtemperatuurse ülijuhtivusega kindla spinnstruktuuri olemasolu materjalis normaalfaasis, kuid see on eelkõige vaatluslik teadmine, millel põhjapanev selgitus puudub. Praegu elavnenud töö selles vallas lubab lähitulevikus põnevaid tulemusi oodata.
Allikad:
1. APS Physics: High-temperature superconductivity in the iron pnictides
2. Nature 455, 782-785 (9 October 2008): High-temperature interface superconductivity between metallic and insulating copper oxides
3. Phys. Rev. Lett. 101, 057006 (2008): Pressure Induced Superconductivity in CaFe2As2
Toimetas Erik Randla