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).
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: