Atomlar, yüksek sıcaklık süperiletkenlerini algılayan sistemler için elektron sağlayabilir mi?
Yüksek sıcaklık süper iletkenleri, güç aktarımı ve güç üretiminden ulaşıma kadar her şeyi değiştirme potansiyeline sahiptir. Elektron çifti bu malzemede hareket ettiğinde sürtünme olmaz, bu da hareket ederken enerji kaybı olmadığı anlamına gelir.Bu malzeme güç sisteminin enerji verimliliğini büyük ölçüde artırabilir. Elektronların bu karmaşık malzemelerde nasıl hareket ettiğini anlamak, sonuçta araştırmacıların oda sıcaklığında çalışan süper iletkenler tasarlamasına yardımcı olacak ve böylece kullanımlarını büyük ölçüde genişletecektir. Bununla birlikte, onlarca yıllık araştırmalara rağmen, bakır içeren malzemeler veya bakır içeren malzemeler gibi süper iletken malzemelerdeki spin ve elektronik yükler arasındaki karmaşık etkileşimler hakkında çok az şey bilinmektedir. Şimdi Science'ta yayınlanan bir makalede, Massachusetts Institute of Technology (MIT) araştırmacıları, süper iletken malzemelerde elektron modelleri olarak ultra soğuk atomları kullanan yeni bir sistemi duyurdular. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) Thomas a. Frank (Thomas a. Frank) Fizik Profesörü Martin
Boko Park-Science Popularization: Fermi-Hubbard modelinin yüksek sıcaklık süperiletkenliğinin temelini açıkladığına inanılıyor.Tanımlaması çok kolay, ancak şimdiye kadar çözülmesinin imkansız olduğu kanıtlandı. Bu model, atomların veya elektronların kafes üzerinde zıplaması ve daha sonra aynı kafes konumunda birbirleriyle örtüştüğünde etkileşime girebilmesidir. Ancak bu, bu materyallerde etkileşen elektronların en basit modeli olsa bile, dünyadaki hiçbir bilgisayar bunu çözemez. Bu yüzden araştırmacılar, atomların elektronların ikamesi olarak hareket ettiği bir fizik simülatörü yaptılar. Bir kuantum simülatörü oluşturmak için araştırmacılar, kristal yapılar oluşturmak için engelleyici lazer ışınları kullandılar. Sonra bu optik ızgaraya yaklaşık 400 atomu kare bir kutuya hapsettiler. Kutuyu bir manyetik alan gradyanı uygulayarak yana yatırdıklarında, atomların hareketini gözlemleyebildiler ve malzemenin iletkenliğini elde etmek için hızlarını ölçebildiler.
Atomlar küçük mıknatıslar gibidir, bu nedenle manyetik bir kuvvet uygulamak onları sola (sol üst köşe) iter. Bu atomlar birbirlerini ittikleri için boş konum yoksa (üst orta) hareket edemezler. Ancak atomik "manyetik iğne" yine de serbestçe hareket edebilir Güçlü mıknatıs (kırmızı) görüntünün soluna yayılır ve zayıf mıknatıs (mavi) odadan çıkıp sağa (alt sıra) hareket etmelidir. Bu sözde spin aktarımı, soğuk atom kuantum simülatöründe atom atomu çözülür. Resim: Massachusetts Teknoloji Enstitüsü
Bu, her bir atomun hareketini ayrı ayrı gözlemlemek için harika bir platform ... Bu sadece ortalama miktarı ölçebilen elektronlarla yapılamayacak tek şey. Simülatör, araştırmacıların atomik dönüşlerin iletimini veya hareketini ve malzemelerdeki atomlar arasındaki etkileşimlerin dönüşleri nasıl etkilediğini ölçmelerine olanak tanır. Bakır oranlarında spin taşınmasının ölçülmesi şimdiye kadar imkansızdı çünkü malzemedeki safsızlıklar ve diğer komplikasyonlar bu işi engelliyor. Araştırmacılar, spinin hareketini ölçerek, bununla elektrik yükü arasındaki farkı inceleyebilirler. Elektronlar malzemeden geçerken yük taşıdığından ve döndüğünden, bu iki özelliğin hareketi esasen birbirine kilitlenmelidir. Ancak araştırmalar durumun böyle olmadığını gösteriyor. Çalışmalar, spinin sistemdeki difüzyon hızının yükten çok daha yavaş olduğunu kanıtlamıştır. MIT yüksek lisans öğrencisi Matthew Nichols'a (Matthew Nichols) göre: Araştırmacılar daha sonra atomlar arasındaki etkileşimin gücünün dönüş akışını nasıl etkilediğini incelediler.
Nichols, bu makalenin ilk yazarıdır. Nichols: Büyük etkileşimlerin, spinlerin sistemde hareket etmesine izin veren mevcut mekanizmaları sınırladığını bulduk, bu nedenle atomlar arasındaki etkileşim arttıkça, spin akımı önemli ölçüde yavaşlıyor. "Deneysel ölçüm sonuçlarını klasik bilgisayarlarda yapılan son teknoloji teorik hesaplamalarla karşılaştırdıklarında, sistemdeki güçlü etkileşimlerin hassas sayısal hesaplamaları çok zorlaştırdığını gördüler. Bu, ultra soğuk atom sistemimizin olduğunu kanıtlıyor. Başka bir kuantum sisteminin küprat malzemesinin gücünü simüle eder ve klasik bilgisayarların yapabileceğinden daha iyidir. (Araştırmacılar), yalnızca hesaplanması zor değil, aynı zamanda geleneksel güçlü korelasyonlu malzemelerde de spin taşımacılığı üzerinde çalışıyorlar. , Deneysel olarak bile çalışmak son derece zordur, bu da şarj ve spin nakliyesi arasındaki fark hakkında benzersiz bir fikir verir.
Princeton Üniversitesi'nden Profesör Waseem Bakrın ekibi, MITin spin taşıma araştırmalarına ek olarak, elektrik yüklerinin taşınmasını ölçtü ve aynı Science dergisinde elektrik yüklerinin iletkenliğinin sıcaklığa nasıl bağlı olduğunu açıkladı. MIT ekibi, daha ileri deneyler için kuantum simülatörlerini kullanmayı umuyor. Örneğin, sistem araştırmacıların tek tek atomların hareketini incelemelerine izin verdiği için, atom düzeyinde mevcut "gürültüyü" incelemek için her atomun hareketinin ortalama bir atomun hareketinden nasıl farklı olduğunu incelemeyi umuyorlar. Şimdiye kadar ortalama akım ölçüldü, ancak araştırmacıların hala yapmak istediği şey parçacık hareketinin gürültüsünü gözlemlemek; bazıları biraz daha hızlı, böylece tüm dağılımı anlayabiliriz. Araştırmacılar ayrıca iki boyutlu bir atomdan tek boyutlu bir tele geçişin boyutsallıkla nasıl değiştiğini incelemeyi umuyorlar.
Brocade Park-Science Popularization Araştırma / Gönderen: Massachusetts Institute of Technology
Referans Süreli Edebiyat: "Bilim"
DOI: 10.1126 / science.aat4134
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
