Nowe zastosowanie promieniowania rentgenowskiego

Artykuły

Promieniowanie rentgenowskie może być z powodzeniem stosowane do kontrolowania położenia atomów domieszek w materiale i tym samym wytwarzania układów bazujących na nadprzewodnikach. Taka perspektywa wyłania się z badań przeprowadzonych przez włoskich i angielskich fizyków, którzy zademonstrowali sposób w jaki promieniowanie X o odpowiednio dużej intensywności może być wykorzystane do przekształcania niewielkich obszarów materiału zawierających atomy tlenku miedzi w materiał nadprzewodzący. Dalszy rozwój tej techniki powinien umożliwić wytwarzanie nadprzewodzących układów kwantowej interferencji (SQUID), które mogłyby znaleźć zastosowanie m.in. w komputerach kwantowych.

W ubiegłym roku zespół kierowany przez Antonio Bianconi z University of Rome wykorzystywał promieniowanie rentgenowskie do badania struktury jednego z wysokotemperaturowych nadprzewodników zawierającego atomy lantanu, miedzi oraz tlenu. Zdaniem niektórych fizyków związki tlenku miedzi, nazywane często miedzianami, zawdzięczają swoje nadprzewodzące właściwości sposobowi, w jaki jony tlenowe są dystrybuowane pomiędzy warstwami tlenku miedzi. Grupa Bianconi’ego odkryła, że w przypadku wspomnianego wyżej nadprzewodnika, ułożenie jonów tlenu ujawnia wzór fraktalny. Innymi słowy, niektóre jony tlenu wykazują miejscami wysoki stopień uporządkowania będący przejawem prawa dystrybucji energii – charakterystycznej cechy fraktali.

schemat nadprzewodzącego obwodu elektrycznego — Pewnego dnia, wiązki promieniowania rentgenowskiego mogą być wykorzystywane do wytwarzania nadprzewodzących obwodów, takich jak ten przedstawiony na powyższym rysunku. Ciągłe linie reprezentują połączenia elektryczne, a półkola – nadprzewodzące złącza.

Porządek z nieporządku

W najnowszej pracy Bianconi wraz ze współpracownikami wykorzystali promieniowanie rentgenowskie do zbadania ewolucji czasowej w/w nadprzewodnika. Podczas pracy w ośrodku synchrotronowym ELETTRA w Trieście (Włochy), zespół podgrzewał badaną próbkę do temperatury około 50 ^oC, aby wygenerować nieuporządkowane położenie jonów tlenu w materiale. Następnie, gdy temperatura próbki uległa obniżeniu do temperatury pokojowej, poddawano ją ekspozycji na promieniowanie rentgenowskie. Detektorem rejestrującym promieniowanie X odbijane od powierzchni próbki była kamera CCD. Kiedy intensywność wiązki była stosunkowo niska, jony tlenu nie wykazywały znacznego uporządkowania. Ściślej, grupa z Włoch odkryła dużo obszarów wykazujących uporządkowanie, jednak nie były one na tyle duże, aby badany materiał wykazywał własności nadprzewodzące.

Gdy intensywność wiązki przekraczała pewien próg, zaobserwowano formowanie się dużych obszarów o wysokim stopniu uporządkowania i w rezultacie wykazywanie przez materiał cech charakterystycznych dla nadprzewodników. Odkryto również, że czas potrzebny do osiągnięcia stanu nadprzewodzącego zależy od intensywności padającego promieniowania. „Nadprzewodnictwo jest jak roślina”, powiedział Bianconi. „Wymaga pewnej minimalnej intensywności światła, aby mogło wzrastać wraz z upływem czasu”.