Peki süperiletkenliğin gizemi? Bilim adamları, süperiletkenlerdeki kuantum etkisini doğrudan gözlemliyor
Princeton Üniversitesi'nden bilim adamları tarafından yönetilen uluslararası bir ekip, doğrudan Demir içeren yüksek sıcaklıklı süper iletken Şaşırtıcı Kuantum etkisi . Süperiletkenler elektriği dirençsiz olarak iletir, bu da onları uzun mesafeli güç aktarımı ve diğer birçok enerji tasarrufu uygulaması için değerli kılar. Geleneksel süperiletkenler yalnızca Son derece düşük sıcaklık Çalış, ancak bazıları yaklaşık on yıl önce keşfedildi Demir bazlı malzemeler Süperiletkenlik nispeten yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilebilir ve bilim adamlarının dikkatini çekmiştir. Demir bazlı malzemeler Süperiletkenlik Tam olarak nasıl oluştuğu bir gizemdir, özellikle de demirin manyetizması süperiletkenliğin ortaya çıkışıyla ilişkili göründüğü için Fikir ayrılığı .
Doğru Demir bazlı süper iletken Alışılmadık malzemeler üzerine daha derinlemesine araştırma, nihayetinde yeni nesil enerji tasarrufu teknolojilerinin yeni uygulamalarına yol açabilir. Bilim adamları, katışkıların (yani Kobalt atomu Demir bazlı süperiletkenlerin süperiletkenliğin nasıl oluştuğunu ve dağıldığını keşfetme davranışı. Keşfi, bilim insanlarına 60 yıl önce süperiletken davranış teorisine yeni bir anlayış kazandırdı ve araştırma sonuçları artık Physical Review Letters dergisinde yayınlandı. Princeton Üniversitesi Eugene Higgins fizik profesörü M. Zahid Hasan (M. Zahid Hasan) araştırma ekibine liderlik etti: safsızlık eklemek, süperiletkenlerin davranışını anlamanın yararlı bir yoludur, bu da kaya atmak gibi Göldeki suyun dalga davranışını tespit edin.
Süper iletken özelliklerin safsızlıklara nasıl tepki verdiği onları ortaya çıkarır Kuantum seviyesi Ayrıntıların sırrı. Uzun süredir devam eden bir fikir denir Anderson teoremi Safsızlıkların eklenmesinin süperiletkenlere düzensizlik getirebilmesine rağmen, çoğu durumda Kırılmayacak Süperiletkenlik. Bu teorem 1959'da geliştirilmiştir Nobel ödüllü Fizikçi Philip Anderson (Philip Anderson) kendisinin aynı zamanda Princeton Üniversitesi'nde emekli olan Joseph Henry Fizik Profesörü olduğunu öne sürdü. Ancak her zaman istisnalar vardır: kobalt bu istisnalardan biri gibi görünüyor, teorinin aksine, kobalt kuvvetlerinin eklenmesi demir bazlı süper iletkenler Süperiletkenlik kaybı Sıradan metaller haline gelen elektrik dirençle akar ve enerjiyi ısı şeklinde israf eder.
Şimdiye kadar bunun nasıl olduğu net değil. Princeton Üniversitesi araştırma ekibi, bu fenomeni keşfetmek için Tarama tünel mikroskopu Lityum, demir ve arsenikten yapılmış demir bazlı bir süper iletken üzerinde çalışmak için tek tek atomları görüntüleyebilen bir teknoloji. Kobalt atomu formu Manyetik olmayan Davranışını gözlemlemek için süper iletkene safsızlıklar verilir. Bilim adamları, son derece düşük sıcaklıklarda, yaklaşık eksi 237.78 santigrat derece (400 millikelvin), dış uzaydan yaklaşık 10 derece Fahrenheit daha düşük olan çok sayıda numune ölçtüler. Bu koşullar altında, araştırmacılar Kafes İçindeki her kobalt atomu.
Daha sonra atomun yerel ölçeğindeki süperiletkenlik üzerindeki etkisinin ve numunenin küresel süperiletkenliğinin doğrudan ölçümü. Bunu yapmak için, araştırmacılar bu son derece düşük sıcaklıkları kullanarak Atom seviyesi Çözünürlük, farklı konsantrasyonlarda 30'dan fazla kristal üzerinde çalıştı. Çalışmanın ilk yazarı Songtian Sonia Zhang şunları söyledi: Herhangi bir kristalin gerekli yüksek kaliteli verileri sağlayacağının garantisi yok. Bu kapsamlı deney sonucunda araştırma ekibi, her bir kobalt atomunun sınırlı bir yerel etkiye sahip olduğunu, bir veya iki atomun safsızlıktan kaybolduğunu buldu. Ancak kobalt konsantrasyonu arttıkça, Faz geçişi yoluyla normal süper iletken olmayan duruma girin Daha fazla kobalt atomu ekleyerek güçlü bir sistem evrimi vardır, Süperiletkenlik nihayet tamamen yok edildi .
Süperiletkenlik, Kuantum durumu oluşturmak için iki elektron çifti , Bu kuantum durumuna Dalga fonksiyonu Açıklamanın doğası. Bu eşleşme, elektronların, günlük metallerde ortaya çıkan tipik direnç olmadan hızlı bir şekilde malzemeden geçmesine izin verir. Elektronları dağıtmak ve elektron çiftlerini kırmak için gereken minimum enerjiye " Süper iletken boşluk ". Kobalt atomları eklendiğinde, saçılma yoğunluğu iki şekilde tanımlanabilir: güçlü bir sınır ve zayıf bir sınır. Fizikçi Max Born'un adını almıştır. Doğuş sınırı saçılması Elektron-elektron etkileşimi ve elektron eşleşmesi için gerekli olan elektron dalga fonksiyonuna en zayıf müdahale etme potansiyeline sahiptir.Demir atomlarını değiştirerek kobalt atomları doğum sınırı saçıcıları gibi davranırlar.
Born limit dağıtıcılarının nispeten zayıf olmasına rağmen Süper iletkenliği yok etme potansiyeli , Ancak birçok saçıcı bir araya getirildiğinde süper iletkenliği yok edebilirler. Bilim adamları, lityum demir arsenit malzemeleri için Born sınırındaki saçılmanın açıkça görüldüğünü keşfetti. Anderson'ın teoremini ihlal edebilir , Süperiletken bir durumdan süperiletken olmayan bir duruma kuantum faz geçişiyle sonuçlanır. Süperiletken malzemeler, malzemedeki elektronların davranışının bir tanımını sağlayan ve elektronların enerji dağıtım profili olarak görev yapan tünelleme spektroskopisi adı verilen bir özellik ile tanımlanabilir. Lityum demir arsenit malzemesi sözde "S dalgası" boşluğu , Süperiletken enerji boşluğundaki düzlük ile karakterize edilen "U" şekli Alt kısımda, tamamen açılan süper iletken boşluk, süper iletken malzemenin kalitesini temsil eder.
Şaşırtıcı bir şekilde, kobalt safsızlığı yalnızca süper iletkenliği engellemekle kalmaz, aynı zamanda özellikleri de değiştirir çünkü U şeklinden V şekline evrim geçirin . Süper iletken bant boşluğunun şekli genellikle "Sipariş Parametreleri" . Böyle bir şekil, sıralı parametrelerin özelliğidir ve bu sıralı parametreler yalnızca benzersiz bir sayıda görünür. Yüksek sıcaklık süper iletken İçinde ve aşırı derecede alışılmadık davranışa işaret eder. Sıra parametrelerini değiştirerek görünen dönüşüm (örneğin, ölçümde yansıtılan süper iletken bant aralığının şeklini değiştirerek) yalnızca kuantum gizemine katkıda bulunur. Bu evrim alışılmadık bir durumdur ve bilim adamlarını teorik hesaplamaları manyetik ölçümlerle birleştirerek araştırmalarını derinleştirmeye sevk etmiştir. Onaylayabilir Kobalt saçılmasının manyetik olmayan doğası.
Anderson'ın teoreminin belirttiği gibi, Manyetik olmayan safsızlıklar Bu tür süperiletkenler için Neredeyse hiç etkisi yok Araştırmacılar, başka bir teorinin geliştirilmesi gerektiğini fark ettiler. Demir bazlı süperiletkenlerde, bilim adamları bunu farklı "Fermi Cebi" (Düzenli bir kristal yapıyı işgal eden elektronlardan kaynaklanan enerji sayımı) Süperiletkenlik düzen parametresinin fazında bir işaret değişikliği vardır. Hasan ekibinde doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın ortak yazarı olan Ilya Belopolski şunları söyledi: Konvansiyonel süperiletkenlik ile işaret değiştiren süperiletkenliği ayırt etmek, süperiletken sipariş parametrelerinin faza duyarlı ölçümünü gerektirir. Bu son derece zorlayıcı ve iyi bir araştırma deneyi olabilir. Yön, aracılığıyla İhlali düşünün Anderson'ın teoremi bu gereksinimi atlayabilir.
Aslında, bilim adamları bunu keşfetti Süperiletkenliğin sipariş parametresi Bu işaret değişikliğinin tanıtılması, kobalt safsızlıklarının tuhaf evrimini kopyalayabilir. Bu ilk hesaplamalara ek olarak, kanıtlamak için son teknoloji ürünü diğer üç teorik yöntem kullanıldı. Manyetik olmayan kobalt saçıcı Bu işaretin süperiletkenler üzerindeki etkisi. Üç farklı teorik modelin hepsinin aynı açıklamaya işaret etmesi, bunun güçlü bir sonuç olduğunu ve bir çözüm aradığını göstermektedir. Süperiletkenliğin gizemi Bu süreçte, her zaman birbiriyle tutarlı olmayan karmaşık modeller geliştirilir. Bu durumda, modelle ilgisi olmayan sonuçlar açıkça bunun, Anderson'ın araştırması tarafından başlangıçta dikkate alınmayan, değişen işaretlere sahip bir tür egzotik süperiletken olduğuna işaret etti.
Brocade Garden Araştırma / Gönderen: Princeton Üniversitesi
Referans Dergisi "Physics Review Letters"
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.123.217004
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim
Takip edin Bokeyuan Daha fazlasını görün Damei Universe Science
