Naukowcy odkryli podstawowy proces wymagany do Nadprzewodnictwo Może to nastąpić w wyższych temperaturach, niż wcześniej sądzono. Może to być mały, ale ważny krok w poszukiwaniu jednego ze „świętych Graali” fizyki, nadprzewodnika działającego w temperaturze pokojowej.
Odkrycie dokonane wewnątrz nieoczekiwanego materiału, dielektryka, ujawnia parowanie elektronów w temperaturach tak niskich jak minus 190 stopni Fahrenheita (minus 123 stopnie Celsjusza) – jeden z tajnych składników przepływu prądu prawie bez strat energii w zimnie materiały nadprzewodzące.
Do tej pory fizycy wciąż zastanawiają się, dlaczego tak się dzieje. Zrozumienie tego może jednak pomóc im w znalezieniu nadprzewodników działających w temperaturze pokojowej. Naukowcy opublikowali swoje wyniki 15 sierpnia w czasopiśmie nauki.
„Pary elektronów mówią nam, że są gotowe, aby stać się nadprzewodnikiem, ale coś je powstrzymuje” – mówi współautor Ki Jun Choabsolwent fizyki stosowanej na Uniwersytecie Stanforda, – stwierdził w oświadczeniu„Jeśli znajdziemy nowy sposób synchronizacji par, być może uda nam się zastosować go do budowy nadprzewodników wysokotemperaturowych”.
Nadprzewodnictwo powstaje w wyniku zmarszczek pozostawionych przez elektrony poruszające się w materiale. W wystarczająco niskich temperaturach zmarszczki te przyciągają do siebie jądra atomowe, co z kolei powoduje niewielkie przesunięcie ładunku, które przyciąga drugi elektron do pierwszego.
Zwykle dwa ładunki ujemne powinny się odpychać. Zamiast tego dzieje się coś dziwnego: elektrony łączą się ze sobą, tworząc „parę miedzi”.
Powiązane z: przestrzeń.com/satellites-re-entering-magnetosfera-effects-study” style=”dekoracja tekstu: podkreślenie; box-sizing: border-box;”>Odpady z płonących satelitów mogą wpływać na pole magnetyczne Ziemi
Pary Cooperów przyjmują różne podejścia Mechanika kwantowa Te pary Coopera różnią się od par pojedynczych elektronów. Zamiast pakować się w otoczkę energetyczną, zachowują się jak cząstki światła, których nieskończona liczba może jednocześnie zajmować ten sam punkt przestrzeni. Jeśli w materiale utworzy się wystarczająca liczba par Coopera, stanie się on nadciekłą cieczą, płynącą bez utraty energii z powodu oporu elektrycznego.
Pierwsze nadprzewodniki, odkryte przez holenderskiego fizyka Heike Kamerlingha Onnesa w 1911 r., przeszły do stanu zerowego oporu elektrycznego w niewyobrażalnie niskich temperaturach — blisko Absolutne zero (minus 459,67 stopnia Fahrenheita lub minus 273,15 stopnia Celsjusza). Jednak w 1986 roku fizycy odkryli materiał na bazie miedzi, zwany kuprytem, który staje się nadprzewodnikiem w znacznie wyższej (ale wciąż bardzo niskiej) temperaturze minus 211 F (minus 135 C).
Fizycy mieli nadzieję, że to odkrycie doprowadzi ich do nadprzewodników pracujących w temperaturze pokojowej. Jednakże wgląd w to, co powoduje, że miedziany wykazują swoje niezwykłe zachowanie, uległ spowolnieniu, a w ubiegłym roku wirusowe twierdzenia o nadprzewodnikach zdolnych do działania w temperaturze pokojowej okazały się… Zarzuty fałszowania danych I rozczarowanie.
Aby przeprowadzić dalsze badania, naukowcy odpowiedzialni za nowe badania zajęli się tlenkiem miedzi, ceru i neodymu. Maksymalna temperatura nadprzewodząca materiału wynosi minus 414,67 stopnia Fahrenheita (minus 248 stopni Celsjusza), więc naukowcy nie zadali sobie trudu jego szczegółowego badania. Kiedy jednak naukowcy zaangażowani w badanie oświetlili jego powierzchnię światłem ultrafioletowym, zauważyli coś dziwnego.
Zwykle, gdy wiązki światła, czyli fotony, uderzają w kubki zawierające niesparowane elektrony, fotony dają elektronom wystarczającą energię, aby wybić je z materiału, powodując utratę dużej ilości energii. Jednak elektrony w parach Coopera mogą oprzeć się wyrzutowi fotonów, powodując, że materiał traci jedynie niewielką ilość energii.
Chociaż stan zerowej rezystywności występuje tylko w bardzo niskich temperaturach, naukowcy odkryli, że przerwa energetyczna utrzymywała się w nowym materiale aż do 150 K, a to sprzężenie było, co dziwne, najsilniejsze w większości próbek, które najlepiej opierały się przepływowi prąd elektryczny.
Oznacza to, że chociaż jest mało prawdopodobne, aby kupryt osiągnął nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej, może to stanowić wskazówkę dotyczącą znalezienia materiału, który to potrafi.
„Nasze wyniki otwierają potencjalnie nową, bogatą ścieżkę naprzód. Planujemy zbadać tę lukę sprzężenia w przyszłości, aby pomóc w konstruowaniu nadprzewodników przy użyciu nowych metod” – stwierdził w oświadczeniu główny autor Qi Xun Chen, profesor fizyki na Uniwersytecie Stanforda. „Z jednej strony planujemy zastosować podobne podejścia eksperymentalne, aby uzyskać lepszy wgląd w stan luźnego sprzężenia. Z drugiej strony chcemy znaleźć sposoby manipulowania tymi materiałami, aby wymusić synchronizację tych luźnych par”.
„Kawioholik. Fanatyk alkoholu na całe życie. Typowy ekspert podróży. Skłonny do napadów apatii. Internetowy pionier”.
More Stories
Boeing może nie być w stanie obsługiwać pojazdu Starliner przed zniszczeniem stacji kosmicznej
Jak czarne dziury stały się tak duże i szybkie? Odpowiedź kryje się w ciemności
Studentka Uniwersytetu Północnej Karoliny zostanie najmłodszą kobietą, która przekroczy granice kosmosu na pokładzie Blue Origin