Mokslas

Kas iš tikrųjų vyksta superlaidžiose medžiagose?

Kas iš tikrųjų vyksta superlaidžiose medžiagose?


Aukštos temperatūros superlaidumas galėtų būti dar vienas žingsnis arčiau dėl tarptautinės fizikų komandos darbo. Tiriant kalio atomų erdvines koreliacijas esant šiek tiek didesnei nei absoliutaus nulio temperatūrai, komandos stebėjimai galėtų padėti nustatyti idealias sąlygas, reikalingas superlaidumui sukelti.

[Vaizdo šaltinis:MIT - Sampsonas Wilcoxas]

Superlaidumas: beveik visiškai efektyvi elektros energijos praleidimo medžiagoje priemonė, pašalinant energijos nuostolius. Šiuo metu ši neįtikėtina tam tikrų medžiagų savybė įmanoma tik esant žemai specifinei, ypač žemai temperatūrai. Jei superlaidumą būtų galima sukelti kambario temperatūroje, poveikis galimam elektros energijos efektyvumui būtų nepaprastas. Tačiau suprasti, kaip vyksta superlaidumas, trukdo mūsų sugebėjimas vizualizuoti šį reiškinį.

Atsižvelgdami į tai, MIT tyrėjai sukūrė „kvantinį treniruoklį“, naudodami atomus, kad modeliuotų superlaidžiosios kietosios medžiagos elektronų elgseną.

Komandos vadovas profesorius Martinas Zwierleinas, MIT, „MIT News“ pranešė: „Mokydamiesi iš šio atominio modelio galime suprasti, kas iš tikrųjų vyksta šiuose superlaidininkuose ir ką reikėtų daryti, kad būtų pagaminti aukštesnės temperatūros superlaidininkai, kurie, tikiuosi, artėtų prie kambario temperatūros“.

Komandos atominis modelis remiasi Fermi-Hubbard sąveikaujančių atomų modeliu - teorija, paprastai naudojama paaiškinant pagrindinius superlaidumo principus. Anksčiau mokslininkai, naudodami šį modelį, galėjo nuspėti tik silpnai sąveikaujančių superlaidžių elektronų elgesį. Profesorius Zwierleinas paaiškino:

„Tai yra didelė priežastis, kodėl mes nesuprantame aukštos temperatūros superlaidininkų, kur elektronai labai stipriai sąveikauja. Pasaulyje nėra klasikinio kompiuterio, kuris galėtų apskaičiuoti, kas nutiks sąveikaujantiems [elektronams] esant labai žemai temperatūrai. Jų erdvinės koreliacijos taip pat niekada nebuvo pastebėtos vietoje, nes niekas neturi mikroskopo, kad galėtų pažvelgti į kiekvieną atskirą elektroną “.

Atšaldę tiriamus kalio atomus iki kelių nanokelvinų ir sulaikydami juos lazerio sugeneruotoje gardelėje, sukurdami dvimatę plokštumą, mokslininkai galėjo stebėti atskirų atomų padėtį ir sąveiką. Stebimų atomų elgesys kito priklausomai nuo dujų tankio kiekvienoje padėtyje.

Mažesnio tankio regionuose - grotelių krašto link - atomai tapo „asocialūs“. Tai atitinka garsaus XX a. Fiziko Wolfgango Pauli teoriją apie elektronų elgseną, kurio vadinamosios „Pauli skylės“ apibūdina elektronų polinkį išlaikyti tam tikrą asmeninės erdvės sferą. "Jie išskiria sau šiek tiek vietos, kur mažai tikėtina, kad toje vietoje ras antrą vaikiną", - sakė Zwierlein.

Tikrai įdomus elgesys įvyko didesnio tankio regionuose. Stebimi atomai leido ne tik susikaupti, bet ir rodyti kintančias magnetines orientacijas. Zwierleinas paaiškino: "Tai gražios, antiferromagnetinės koreliacijos, kurių langelio raštas - aukštyn, žemyn, aukštyn, žemyn".

Toliau jis aprašė neįprastą šių atomų polinkį „šokti vienas ant kito“, todėl atsirado erdvė greta susietos atomų poros. Šio elgesio ir reikalingo vis dar teoriškai aukšto temperatūros superlaidumo laidumas yra labai panašus. Teoriškai superlaidumas kambario temperatūroje gali būti sukeltas be trinties judančių elektronų porų tarp tinkamų didelių erdvių grotelėse. Zwierlein apibūdino tai taip:

„Mums šis poveikis pasireiškia nanokelvine, nes dirbame su praskiestomis atominėmis dujomis. Jei turite tankų materijos gabalėlį, tas pats poveikis gali atsitikti ir kambario temperatūroje. “

Perskaitykite komandos išvadas jųMokslas žurnalo popierius.

TAIP PAT ŽR: superlaidininkų teorijoje gali būti trūkumų

Per: MIT

Parašė Jody Binns


Žiūrėti video įrašą: Kaip išmokti norvegų kalbą