Un sing atom a schimbat totul

Imaginează-ți asta: ții în mână un material atât de subțire încât este, în esență, bidimensional, iar undeva în interiorul lui, mici vârtejuri cuantice se învârt. Acum imaginează-ți că ai putea ghida acele vârtejuri ca pe un dirijabil care conduce o orchestră — pur și simplu prin simpla existență a unei suprafețe care abia dacă este acolo.

Exact asta au descoperit cercetătorii de la Institutul Național pentru Știința Materialelor din Japonia și, sincer să fiu? Faptul că ceva atât de mic poate avea un impact atât de mare îi face pe „nerdii” mei de știință să fie absolut entuziasmați.

Deci, care e problema cu vârtejurile?

Lăsați-mă să revin puțin în timp. Superconductorii sunt acele materiale incredibile care pot transporta electricitatea cu, literalmente, zero rezistență — fără căldură, fără energie irosită, nimic. Problema? Ei funcționează doar când sunt extrem de reci, de obicei mai reci decât spațiul cosmic. Dar când funcționează, sunt magici.

Aici devine complicat. Chiar și în superconductori, există acești mici „tersierii” numiți vârtejuri cuantice. Aceștia sunt creați oriunde câmpurile magnetice străpung materialul, iar când încep să se miște, creează de fapt rezistență — distrugând tocmai ceea ce îi face pe superconductori să fie speciali.

Este ca și cum ai avea o mașină care consumă foarte puțin, dar niște grefi de tip „gremlin” ar pune constant bețe în roți.

Pașii atomici pe care nimeni nu i-a anticipat

Echipa de cercetare, condusă de Takashi Uchihashi, studia un superconductor ultra-subțire — vorbim despre un material atât de subțire încât abia dacă se califică drept tridimensional. Au observat că suprafața avea niște pași mici, fiecare având înălțimea de un singur atom.

Acum, te-ai gândi că un pas înalt cât un atom nu ar fi, ei bine, o problemă majoră. S-a dovedit că? Acei pași mici acționează ca niște calede ferate microscopice.

Echipa a descoperit că vârtejurile pot călători de-a lungul acestor pași de peste 1.000 de ori mai ușor decât ar putea traversa suprafața perpendicular pe ei. În lumea cuantică, asta nu este doar o „îmbunătățire destul de bună” — este ca și cum ai trece de la a te târî prin trafic la a conduce relaxat pe o autostradă goală.

Controlarea incontrollabilului

Dar iată ce m-a entuziasmat cu adevărat la această cercetare: oamenii de știință pot, de fapt, să ajusteze acest efect.

Prin reglarea temperaturii sau a intensității câmpului magnetic, ei pot schimba cât de puternic urmează vârtejurile acestele trasee atomice. Există chiar și un punct optim — între 0,10 și 0,20 tesla de câmp magnetic — unde vârtejurile curg liber de-a lungul pașilor, fără a rămâne blocate pe imperfecțiunile materialului.

La cele mai scăzute temperaturi, s-a întâmplat ceva și mai ciudat. Vârtejurile au început să se miște prin tunelare cuantică, ceea ce înseamnă, practic, că particulele ignoră regulile și trec prin bariere care ar trebui să le oprească brusc (cu joc de cuvinte inclus).

De ce ar trebui să vă intereseze?

Iată partea practică a acestei ciudățenii cuantice.

Tehnologia superconductoare este deja utilizată în aparatele de RMN, în acceleratoarele de particule și în unele trenuri experimentale care plutesc pe magneți. Dar imaginează-ți dacă am putea face aceste tehnologii mai eficiente, mai fiabile și, poate — doar poate — practice pentru electronica de zi cu zi.

Telefonul tău, laptopul tău, centrele de date care consumă cantități masive de energie — toate acestea ar putea, teoretic, să beneficieze de componente superconductoare. Vorbim despre dispozitive care abia dacă generează căldură și care „sorb” energia în loc să o „consume” în mod excesiv.

Această cercetare sugerează că am putea, în cele din urmă, să controlăm acei vârtejuri enunțați pur și simplu prin proiectarea unor suprafețe cu arhitectura atomică potrivită. Fără inginerie complicată — doar lăsând atomii să facă treaba.

Sunt detaliile cele mici

Îmi plac poveștile ca aceasta pentru că ne amintesc cât de multe lucruri incredibile se întâmplă la scări pe care nici măcar nu le putem vedea. Un singur atom. Un singur pas mic. Și, dintr-odată, avem o nouă modalitate de a domni, potențial, asupra lumii cuantice.

Știința pare uneori a fi despre construirea unor lucruri tot mai mari — telescoape mai puternice, colizori mai mari, experimente mai mari. Dar aici, descoperirea a venit din atenția acordată unui lucru infinitesimal.

Data viitoare când cineva îți spune că mărimea nu contează, îi poți arăta această cercetare. În lumea cuantică, un singur atom ar putea fi chiar cheia către un viitor mai sustenabil.

Sursă: ScienceDaily