Mamy przełom w fizyce, który odmieni na lepsze życie milionów ludzi

W świecie nauki właśnie dokonano kroku, który może zrewolucjonizować energetykę i technologię. Badacze z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii opracowali zaawansowany model obliczeniowy, pozwalający usprawnić przewidywanie kandydatów na nadprzewodniki, które działają w temperaturach zbliżonych do pokojowej. Ta wiadomość wzbudza ogromne emocje, ponieważ nadprzewodniki działające w temperaturze otoczenia to marzenie fizyków od dekad, obiecujące praktycznie bezstratny przesył energii na duże odległości.

Tradycyjne nadprzewodniki wymagają ekstremalnie niskich temperatur, co czyni je niepraktycznymi. Nowa metoda opiera się na integracji klasycznej teorii Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS), opisującej parowanie elektronów w niskotemperaturowych nadprzewodnikach, z obliczeniową teorią funkcjonału gęstości (DFT), która modeluje zachowanie elektronów na poziomie kwantowym. Kluczowym elementem jest teoria zentropii, łącząca mechanikę statystyczną, fizykę kwantową i modelowanie obliczeniowe, by przewidywać temperaturę krytyczną, przy której nadprzewodnictwo zanika.

Dzięki temu podejściu, naukowcy analizowali zarówno znane materiały, jak i hipotetyczne struktury, symulując ich zachowanie od zera absolutnego do wyższych temperatur. To unikalne połączenie pozwala na dokładne prognozowanie bez potrzeby wykonywania kosztownych eksperymentów laboratoryjnych. Jednym z najbardziej intrygujących odkryć jest wyjaśnienie mechanizmu w wysokotemperaturowych nadprzewodnikach, gdzie unikalna struktura atomowa działa jak elastyczny "pontonowy most", stabilizujący elektrony mimo termicznych wibracji.

Model potwierdził nadprzewodnictwo w konwencjonalnych materiałach, a także w tych, gdzie tradycyjna teoria zawodziła, i zaskakująco przewidział potencjał dla metali szlachetnych jak miedź, srebro i złoto, choć te ostatnie wymagałyby ekstremalnie niskich temperatur. Nie odkryto nowych materiałów eksperymentalnie, ale narzędzie to identyfikuje kandydatów z istniejących baz danych, przyspieszając badania.

Dobrodziejstwa płynące z tego przełomu są ogromne i daleko idące. Nadprzewodniki temperatury pokojowej mogłyby przekształcić globalne systemy energetyczne, umożliwiając bezstratny przesył prądu na duże odległości, co zmniejszyłoby zużycie energii i emisje CO2. W elektronice oznaczałoby to szybsze, bardziej efektywne komputery i detektory, a nawet rewolucję w medycynie, np. w obrazowaniu MRI bez ciekłego helu.

Projekt wsparty przez Departament Energii USA podkreśla, jak takie innowacje mogą wpłynąć na zrównoważony rozwój, czyniąc technologię bardziej dostępną i ekologiczną. Przyszłość badań rysuje się obiecująco, gdyż naukowcy już planują zastosować teorię zentropii do analizy efektów ciśnienia na temperaturę krytyczną i przeszukać bazę ponad pięciu milionów materiałów w poszukiwaniu idealnych kandydatów.

***

Bądź na bieżąco i zostań jednym z 88 tys. obserwujących nasz fanpage - polub GeekWeek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!