Fizycy Wyjaśnili, Dlaczego Nanomateriał Traci Nadprzewodnictwo - Alternatywny Widok

Fizycy Wyjaśnili, Dlaczego Nanomateriał Traci Nadprzewodnictwo - Alternatywny Widok
Fizycy Wyjaśnili, Dlaczego Nanomateriał Traci Nadprzewodnictwo - Alternatywny Widok

Wideo: Fizycy Wyjaśnili, Dlaczego Nanomateriał Traci Nadprzewodnictwo - Alternatywny Widok

Wideo: Fizycy Wyjaśnili, Dlaczego Nanomateriał Traci Nadprzewodnictwo - Alternatywny Widok
Wideo: Wyjaśnienie Nadprzewodnictwa. +Efekt Meissnera i Kondensat Bosego-Einsteina. 2024, Może
Anonim

Nadprzewodnictwo odkryto w 1911 r., Ale jego właściwości i cechy nie zostały jeszcze w pełni zbadane. Nowe badania nad nanodrutami pomagają zrozumieć, w jaki sposób zanika to zjawisko.

Problem utrzymywania zimnych napojów w upalne lato to klasyczna lekcja zmiany fazy. Należy je zbadać, substancję podgrzać i obserwować zmianę jej właściwości. Po osiągnięciu tak zwanego punktu krytycznego dodaj wodę lub ciepło - i obserwuj, jak substancja zamienia się w gaz (lub parę).

Teraz wyobraź sobie, że wszystko schłodziłeś do bardzo niskich temperatur - tak bardzo, że wszystkie efekty termiczne zniknęły. Witamy w rzeczywistości kwantowej, w której ciśnienie i pola magnetyczne w żaden sposób nie wpływają na powstawanie nowych faz! Zjawisko to nosi nazwę kwantowej przemiany fazowej. W przeciwieństwie do przejścia konwencjonalnego, przejście kwantowe tworzy zupełnie nowe właściwości, takie jak nadprzewodnictwo (w niektórych materiałach).

Image
Image

Jeśli zastosujesz napięcie do metalu nadprzewodzącego, elektrony będą przemieszczać się przez materiał bez oporu, a prąd elektryczny będzie płynął w nieskończoność, bez spowalniania i wytwarzania ciepła. Niektóre metale stają się nadprzewodnikami w wysokich temperaturach, co jest ważne w przypadku przesyłania energii i przetwarzania danych w oparciu o nadprzewodniki. Naukowcy odkryli to zjawisko 100 lat temu, ale sam mechanizm nadprzewodnictwa pozostaje tajemnicą, ponieważ większość materiałów jest zbyt złożona, aby szczegółowo zrozumieć fizykę kwantowej przemiany fazowej. Dlatego najlepszą strategią w tym przypadku jest skupienie się na nauce mniej złożonych systemów modelowych.

Fizycy z University of Utah odkryli, że nadprzewodzące nanoprzewody wykonane ze stopu molibdenu i germanu przechodzą kwantowe przejścia fazowe od nadprzewodzącego do zwykłego metalu po umieszczeniu w zwykłym polu magnetycznym w niskich temperaturach. Badanie to po raz pierwszy ujawniło mikroskopowy proces, w wyniku którego materiał traci nadprzewodnictwo: pole magnetyczne rozbija pary elektronów - pary Coopera oddziałujące z innymi parami tego samego typu - i poddawane są działaniu siły tłumiącej ze strony niesparowanych elektronów w układzie.

Badania są szczegółowo opisane w krytycznej teorii zaproponowanej przez Adriana Del Maestro, adiunkta na Uniwersytecie Vermont. Teoria dokładnie opisywała, w jaki sposób ewolucja nadprzewodnictwa zależy od temperatury krytycznej, wielkości pola magnetycznego i orientacji, pola przekroju poprzecznego nanoprzewodu oraz mikroskopijnych właściwości materiału, z którego jest wykonany. Po raz pierwszy w dziedzinie nadprzewodnictwa wszystkie szczegóły kwantowego przejścia fazowego są przewidywane przez teorię, potwierdzone na rzeczywistych obiektach w laboratorium.

„Kwantowe przejścia fazowe mogą brzmieć bardzo egzotycznie, ale obserwuje się je w wielu układach - od centrów gwiazd po jądra atomowe, a także od magnesów do izolatorów - powiedział Andrey Rogachev, adiunkt na Uniwersytecie w Utah i główny autor badania. „Kiedy zrozumiemy wibracje kwantowe w tym prostszym systemie, będziemy mogli mówić o każdym szczególe procesu mikroskopowego i zastosować go do bardziej złożonych obiektów”.

Film promocyjny: