Superledningsevne ble oppdaget i 1911, men dens egenskaper og egenskaper er ennå ikke fullstendig undersøkt. Ny forskning på nanotråder bidrar til å forstå hvordan dette fenomenet går tapt.
Problemet med å holde drikke kaldt på varm sommer er en klassisk faseendringsleksjon. De må studeres, stoffet må varmes opp og endringene i dets egenskaper må observeres. Når du når det såkalte kritiske punktet, tilsett vann eller varme - og se hvordan stoffet blir til gass (eller damp).
Tenk deg nå at du har avkjølt alt til veldig lave temperaturer - så mye at alle termiske effekter er borte. Velkommen til kvantevirkeligheten, der trykk og magnetfelt ikke påvirker fremveksten av nye faser på noen måte! Dette fenomenet kalles kvantefaseovergang. I motsetning til en konvensjonell overgang, danner en kvanteovergang helt nye egenskaper, for eksempel superledningsevne (i noen materialer).
Hvis du bruker spenning på et superledende metall, vil elektroner bevege seg gjennom materialet uten motstand, og elektrisk strøm vil strømme på ubestemt tid uten å bremse eller generere varme. Noen metaller blir superledende ved høye temperaturer, noe som er viktig i tilfelle kraftoverføring og databehandling basert på superledere. Forskere oppdaget dette fenomenet for 100 år siden, men mekanismen for superledningsevne i seg selv er fortsatt et mysterium, siden de fleste materialer er for komplekse til å forstå fysikken i kvantefaseovergang i detalj. Så den beste strategien i dette tilfellet er å fokusere på å lære mindre komplekse modellsystemer.
Fysikere ved University of Utah har funnet at superledende nanotråder laget av en molybden-germaniumlegering gjennomgår kvantefaseoverganger fra superledende til vanlig metall når de plasseres i et vanlig magnetfelt ved lave temperaturer. Denne studien avslørte først den mikroskopiske prosessen der et materiale mister sin superledningsevne: et magnetfelt bryter opp par av elektroner - Cooper-par samhandler med andre par av samme type - og de opplever en dempekraft fra uparrede elektroner i systemet.
Forskningen er detaljert i en kritisk teori foreslått av Adrian Del Maestro, assisterende professor ved University of Vermont. Teorien beskrev nøyaktig hvordan utviklingen av superledningsevne avhenger av den kritiske temperaturen, størrelsen på magnetfeltet og orienteringen, tverrsnittsarealet til nanotråden og de mikroskopiske egenskapene til materialet det er laget av. Dette er første gang innen superledningsevne at alle detaljene i kvantefaseovergangen forutsies av teorien, bekreftet på virkelige objekter i laboratoriet.
"Kvantfaseoverganger kan høres veldig eksotiske ut, men de observeres i mange systemer - fra stjernesentrene til atomkjerner, så vel som fra magneter til isolatorer," sa Andrey Rogachev, assisterende professor ved University of Utah og hovedforfatter av studien. "Når vi forstår kvantevibrasjoner i dette enklere systemet, kan vi snakke om alle detaljer i den mikroskopiske prosessen og bruke den på mer komplekse gjenstander."
Kampanjevideo:
