Fizycy odkryli tajemniczy mechanizm odpowiedzialny za wzrost temperatury nadprzewodnictwoA może pomóc w poszukiwaniu jednego ze „świętych Graali” w fizyce.
Nowe odkrycie, znane jako zmienne nadprzewodnictwo, identyfikuje proces umożliwiający materiałom nadprzewodnictwo w temperaturach znacznie wyższych niż normalnie, torując drogę do odkrycia materiałów nadprzewodzących w temperaturze pokojowej, które mogą ułatwić przenoszenie energii praktycznie bez strat energii. Naukowcy opublikowali swoje odkrycia 11 lipca w czasopiśmie Nature Listy z przeglądu fizycznego.
Jeden ze świętych Graali fizyki nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej Jest to wystarczająco praktyczne w codziennych zastosowaniach.” Luiza SantosAdiunkt fizyki na Uniwersytecie Emory. – stwierdził w oświadczeniu. „Ten przełom może zmienić kształt cywilizacji”.
Powiązany: Na stacji kosmicznej zostaną przetestowane nowe nadprzewodzące silniki magnetyczne
Nadprzewodnictwo powstaje w wyniku zmarszczek powodowanych przez elektrony poruszające się w materii. W wystarczająco niskich temperaturach zmarszczki te powodują wzajemne przyciąganie się jąder atomowych, co z kolei prowadzi do niewielkiego przesunięcia ładunku, które przyciąga drugi elektron do pierwszego.
Siła tego przyciągania powoduje dziwną rzecz: zamiast odpychać się siłą odpychania elektrostatycznego, elektrony łączą się, tworząc „parę Coopera”.
Pary Coopera toczą się inaczej Mechanika kwantowa Więcej zasad niż w przypadku samotnych elektronów. Zamiast układać się jeden na drugim, tworząc powłoki energetyczne, zachowują się jak cząstki światła, których nieskończona liczba może zajmować ten sam punkt w przestrzeni w tym samym czasie. Jeśli w materiale utworzy się wystarczająca liczba par Coopera, stanie się on nadciekły, płynący bez utraty energii na skutek oporu elektrycznego.
Pierwsze nadprzewodniki, odkryte przez holenderskiego fizyka Heikki Kamerling-Onnes w 1911 roku, przeszły do stanu zerowego oporu elektrycznego w niewyobrażalnie niskich temperaturach – bliskich zera absolutnego (459,67 stopnia Fahrenheita, czyli minus 273,15 stopnia Celsjusza). Jednak w 1986 roku fizycy odkryli inny rodzaj materiału, zwany miedziorytem, który staje się nadprzewodnikiem w znacznie wyższej (ale wciąż bardzo zimnej) temperaturze -211 F (-135 C).
Fizycy mieli nadzieję, że to odkrycie doprowadzi do odkrycia nadprzewodników pracujących w temperaturze pokojowej, co otworzy drzwi do praktycznie bezstratnego przesyłania energii elektrycznej. Jednak odkrycia dobiegły końca, a najnowsze twierdzenia dotyczące nadprzewodników pracujących w temperaturze pokojowej dobiegły końca skandal I rozczarowanie.
Do tej pory niepowodzenie w znalezieniu nadprzewodników w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem otoczenia wynikało częściowo z braku zrozumienia przez fizyków warunków teoretycznych, które pozwalają elektronom tworzyć pary Coopera w stosunkowo wysokich temperaturach (około trzykrotnie wyższej od temperatury standardowej lodówki). Temperatura).
Aby to zbadać, naukowcy biorący udział w nowym badaniu skupili się na specyficznej formie nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego, która pojawia się, gdy pary Coopera układają się we wzory oscylacyjne zwane falami gęstości ładunku. Zależność między falami, rodzaj jednoczesnego tańca sparowanych elektronów w materiale, ma złożony związek z nadprzewodnictwem: w niektórych warunkach fale przeważają nad efektem, podczas gdy w innych pomagają sklejać elektrony.
Modelując te fale, fizycy odkryli, że kluczem do ich pojawienia się jest prawdopodobnie właściwość znana jako osobliwość Van Hove’a. Zwykle w fizyce energia poruszającej się cząstki jest intuicyjnie powiązana z prędkością, z jaką się ona porusza.
Jednak niektóre struktury fizyczne łamią tę zasadę, pozwalając elektronom o różnych prędkościach istnieć przy tych samych energiach. Kiedy wszystkie elektrony mają równe energie, mogą wchodzić w interakcje i łączyć się w pary, tworząc łatwiej tańczące pary Coopera.
„Odkryliśmy, że struktury znane jako osobliwości van Hove’a mogą wytwarzać zmodyfikowane, oscylujące stany nadprzewodnictwa” – powiedział Santos. „Nasza praca zapewnia nowe ramy teoretyczne umożliwiające zrozumienie pojawiania się tego zachowania, zjawiska, które nie jest dobrze poznane”.
Fizycy podkreślili, że ich praca była jak dotąd czysto teoretyczna, co oznacza, że potrzebne są dalsze wysiłki eksperymentalne, aby wyjaśnić leżący u podstaw mechanizm. Mają jednak nadzieję, że tworząc fundament między osobliwościami van Hove’a a tańczącymi falami, znaleźli powiązanie, na którym będą mogli budować inni fizycy.
„Wątpię, czy Camerling-Onnes, odkrywając nadprzewodnictwo, miał na myśli lewitacje lub akceleratory cząstek” – powiedział Santos. „Ale wszystko, czego dowiadujemy się o świecie, ma potencjalne zastosowania”.
„Certyfikowany guru kulinarny. Internetowy maniak. Miłośnik bekonu. Miłośnik telewizji. Zapalony pisarz. Gracz.”
More Stories
Firma zajmująca się planowaniem powierzchni handlowych CADS postrzega technologię jako odpowiedź na Święta Wielkanocne i inne sezonowe wyzwania w 2024 r. — Retail Technology Innovation Hub
Astronomowie odkryli, że woda unosi się w części przestrzeni, która tworzy planetę
Tęskniłam za nim bardzo długo! Satelita NASA i martwy rosyjski statek kosmiczny zbliżają się do siebie na swojej orbicie