Garip metal - elektriği iletme biçiminde benzersiz bir metal
Bu makale, "İlkeler" in yetkisiyle çoğaltılmıştır (WeChat herkese açık hesap: principalia1687),
İkinci yeniden basım yasaktır.
1911'de, fizikçi Kamerlingh Onnes metal cıvanın sıcaklığını 4 K (-269,15 ° C) altına düşürmek için sıvı helyum kullandığında, sihirli bir şey oldu: direnç tamamen ortadan kalktı! Bulduğu sözde Süperiletkenlik . 1933'e gelindiğinde, Walther Meissner ve Robert Ochsenfeld, süper iletken bir durumda olduğunda, süper iletkenin dahili manyetik alanının sıfır olduğunu ve manyetik alanı tamamen ittiğini keşfetti. Bu, süper iletkenin Tamamen diyamanyetik . Sıfır direnç ve tam diyamanyetizma, süper iletkenlerin iki özelliğidir.
Süperiletkenlerin tam diyamanyetizmasının deneysel diyagramı. Sıvı helyum ile doldurulmuş bir Dewar'da, silindirik metal teneke manyetik bir alana yerleştirilir.Sıcaklık 4,2 K'den 1,6 K'ya düştüğünde, elektromıknatısın manyetik alan kuvveti değişmeden kalır, ancak teneke Süperiletkenlerle, manyetik akının silindirin dışına itildiği birçok küçük manyetik kutbun işaretinden görülebilir. | Resim kaynağı: Wikipedia
Sıradan metal süper iletkenler, süper iletken hale gelmeden önce genellikle sıvı helyumla 30 K (-243,2 ° C) altındaki bir sıcaklığa soğutulmalıdır. Fizikçiler uzun süredir oda sıcaklığında bir süperiletken bulmaya çalışıyorlar. 1986'da Georg Bednorz ve K. Alex Müller, sıcaklık 35 K'ye (-238,2 ° C) düştüğünde, seramik metal oksit LaBaCuO'nun süper iletken bir duruma dönüşeceğini keşfettiler. Keşifleri başladı Bakır bazlı yüksek sıcaklık süper iletken Era.
Süperiletkenlerin 1900'den 2015'e kadar olan keşif geçmişi. Yeşil daire: metal süper iletken; mavi elmas: bakır bazlı yüksek sıcaklık süperiletken; turuncu kare: demir bazlı süper iletken. 2015 yılında bilim adamları, 155 GPa'lık ultra yüksek bir basınç altında sıcaklık 203 K'ye (-70 ° C) düştüğünde HS'nin süper iletken bir duruma dönüştüğünü keşfetti. Bu, şu anda bilinen en yüksek dönüşüm sıcaklığına sahip süperiletken. | Resim kaynağı: Wikipedia
Son zamanlarda, Florida Eyalet Üniversitesi'ndeki Ulusal Güçlü Manyetik Alan Laboratuvarı'nda (MagLab), bilim adamları Cuprate (Cuprate) Yüksek sıcaklık süper iletken malzeme La (2-x) SrxCuO4 (LSCO), akımı iletme biçimlerinin geleneksel metallerden (bakır gibi) çok farklı olduğunu gösteren bir davranış bulmuştur. Bu araştırma Science dergisinde yayınlandı ve bu materyalin takma adıdır " Egzotik metal "Yeni çağrışımlar eklendi.
Kupa oranı Yüksek sıcaklık süper iletken (HTS), yani geleneksel Kriyojenik süper iletken (LTS), herhangi bir enerji kaybı olmadan daha yüksek sıcaklıklarda akımı iletebilir. Bilim adamları, düşük sıcaklıkta süperiletkenliğin fiziksel mekanizmasını anlamalarına rağmen, yüksek sıcaklıkta süper iletken malzemelerin gizemi hiçbir zaman kırılmadı. Bu malzemelerde elektronların nasıl yürütüldüğü hala bu alandaki en büyük muamma. .
Normal durumdaki "garip" metalin elektron iletim modunu keşfetmek
MagLab fizikçisi Arkady Shekhter liderliğindeki ekip, LSCO'nun normal metalik durumunu incelemeye odaklandı (sıcaklık yeterince düştüğünde, iletken metalik bir durumdan süper iletken bir duruma değişir). Bu küpratın normal durumu "tekil" bir metal veya "kötü" bir metal olarak kabul edilir, bunun nedeni kısmen elektronların elektriği özellikle iyi iletememesidir.
Arkady Shekhter liderliğindeki ekip, 100 tesla darbeli mıknatısa sahip MagLab'da deneyler yaptı. | Resim kaynağı: Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı
Bilim adamları bir asırdan fazla bir süredir geleneksel metaller üzerinde çalışıyorlar ve geleneksel metallerin elektriği nasıl ilettiği konusunda genel bir fikir birliği var. Bu metallerdeki yük taşıyıcı birimi diyorlar " Quasiparticle "(Quasiparticle). Bir elektron bir iletkende hareket ettiğinde, iletkendeki diğer elektronlar ve atom çekirdeği ile etkileşime girer. Elektrik alanı korunur ve kütle de bozulur. Böyle bir elektron" etkili kütleli "bir elektron olarak kabul edilebilir. Elektronik kuasipartiküller adı verilen boşlukta rahatsız edici hareketler Bu dört partiküller bir iletkende yük taşıdığında, davranışları neredeyse birbirinden bağımsızdır.
Ancak yarı parçacık akışı, bakırratta akımın nasıl iletildiğini de açıklayabilir mi? New Mexico, Los Alamos'taki MagLab Darbeli Alan Tesisi'ni (Darbeli Alan Tesisi) kullanarak Shekhter ve ekibi bu sorunu araştırdı. LSCO'yu çok güçlü bir manyetik alana yerleştirdiler, bir elektrik akımı uyguladılar ve ardından direncini ölçtüler.
Ortaya çıkan veriler, aslında mevcut Yapamam Bakır veya katkılı silikonda olduğu gibi, geleneksel kuasipartiküller aracılığıyla iletim. Deneydeki keto asit tuzunun normal metal durumu hiç "normal" değil .
Shekhter, "Bu, metallerin elektriği iletmek için yeni bir yoludur, bilim adamlarının şimdiye kadar anladıkları ve fikir birliğine varabildikleri tek yoldan farklıdır - bir grup yarı parçacık, çoğu metal gibi uçup gider."
Yarı parçacıklar aracılığıyla değilse, LSCO'nun egzotik metal fazında şarj nasıl yapılır? verilerde gösterildiği gibi, Belki elektronikler arasında bir tür kolektif işbirliği yoluyla .
Bilim adamları daha önce LSCO'nun ilginç bir davranışını biliyorlardı: Normal iletken durumda direnci sıcaklıkla orantılıdır . Başka bir deyişle, sıcaklık yükseldiğinde LSCO'nun akım üzerindeki bloke edici etkisi orantılı olarak artar, bu geleneksel metallerde durum değildir, ancak sıcaklığın karesiyle orantılıdır.
Shekhter ve meslektaşları, LSCO'nun performansını parametre olarak sıcaklık yerine manyetik alanla test etmeye karar verdiler. Dirençlilik . Malzemeyi 80 Tesla'ya kadar manyetik alana yerleştirdiler (bir hastane MRG'si tarafından üretilen yaklaşık 3 Tesla ile karşılaştırıldığında) ve direncini ölçtüler. Başka bir doğrusal direnç durumu buldular: Manyetik alan kuvveti arttıkça, LSCO'nun direnci orantılı olarak artar. . Bu aynı zamanda, sıradan metal malzemelerdeki direnç ve manyetik alan kuvvetinin karesi arasındaki ilişkiden farklıdır.
(A) 4K ile 180K arasındaki bir dizi sıcaklıkta direnç ve manyetik akı yoğunluğu arasındaki ilişki. Sıradan bir metal durumda (geçiş sıcaklığının üzerindeki düşük bir manyetik alan altında süper iletken olmayan bir durum), direncin manyetik indüksiyonla orantılı olduğu şekilden görülebilir. (B) Direnç-manyetik indüksiyon yoğunluğu değişim hızı (Şekil A'daki eğim) ve sıcaklık arasındaki ilişki.Düşük sıcaklıkta, direnç-manyetik indüksiyon yoğunluğu değişim hızının doyma eğiliminde olduğu, yani dirençliliğin manyetik indüksiyon yoğunluğuyla orantılı olduğu görülebilir. Orantılı. (C) 0T'den 80T'ye kadar bir dizi manyetik indüksiyon yoğunluğu altında, sıradan metal durumunda, direnç sıcaklıkla orantılıdır. | Resim kaynağı: DOI: 10.1126 / science.aan3178
Shekhter, LSCO'nun direnci ile manyetik alan kuvveti arasındaki doğrusal ilişkinin, direnç ve sıcaklık arasındaki önceden bilinen doğrusal ilişkinin bir ayna görüntüsünü zarif bir şekilde oluşturduğu gerçeğinin çok önemli olduğunu söyledi. "Genellikle bu fenomeni gördüğümüzde, arkasında çok basit bir ilke olduğu anlamına gelir."
Bu bulgu gösteriyor ki Elektronlar malzeme içinde hareket ettiklerinde, birbirleriyle işbirliği yapıyor gibi görünüyorlar. . Bir süredir fizikçiler, yüksek sıcaklıkta süper iletken malzemelerin bu tür " İlişkili elektronik davranış (İlişkili elektron davranışı) , ancak kesin mekanizma hala belirsizdir.
Bu yeni kanıt, LSCO'nun normal bir iletken durumda bağımsız bir yarı parçacık dışındaki bir maddeyle de akım iletebileceğini göstermektedir, ancak bu madde de süper iletken değildir. Bu maddenin ne olduğuna gelince, bilim adamları hala emin değiller. Cevabı bulmak, soruna yepyeni bir şekilde bakmayı gerektirebilir.
Shekhter, "Mevcut herhangi bir dilin tanımlayamayacağı bir durumla karşılaştık. Bu materyaller üzerinde düşünmek için yeni bir dil bulmamız gerekiyor." Dedi.
Yeni araştırma, ketoatların direncini esasen farklı şekillerde ayarlayabilme fikri de dahil olmak üzere birçok soruyu ve bazı büyüleyici fikirleri gündeme getiriyor. Shekhter, geleneksel metal malzemelerde direncin birçok şekilde ayarlanabileceğini açıkladı - bir dizi düğme hayal edin ve bunlardan herhangi birine basmanın bu özelliği ayarlayacağını. Kupa oranı için, direnci ayarlamak için tek bir düğme vardır ve sıcaklık ve manyetik alan kuvveti kendi yöntemleriyle basılır.
Bu gerçekten tuhaf. Ancak egzotik metaller için çok fazla şey beklenemez.
Referans kaynağı:
https://phys.org/news/2018-08-material-unique-behavior-current.html
DOI: 10.1126 / science.aan3178, cuprate süperiletkeninde Ölçekle değişmeyen manyetoresistance
