Superledningsförmåga upptäcktes 1911, men dess egenskaper och egenskaper har ännu inte studerats fullständigt. Ny forskning om nanotrådar hjälper till att förstå hur detta fenomen går förlorat.
Problemet med att hålla drycker kalla på den varma sommaren är en klassisk fasbyteslektion. De måste studeras, ämnet måste värmas upp och ändringarna i dess egenskaper måste observeras. När du når den så kallade kritiska punkten, tillsätt vatten eller värme - och se hur ämnet förvandlas till gas (eller ånga).
Tänk dig nu att du har svalnat allt till mycket låga temperaturer - så mycket att alla termiska effekter är borta. Välkommen till kvantens verklighet, där tryck och magnetfält inte påverkar framväxten av nya faser på något sätt! Detta fenomen kallas kvantfasövergång. Till skillnad från en konventionell övergång bildar en kvantövergång helt nya egenskaper, såsom supraledning (i vissa material).
Om du ansluter spänning till en supraledande metall, kommer elektroner att färdas genom materialet utan motstånd, och elektrisk ström kommer att strömma på obestämd tid utan att sakta ner eller generera värme. Vissa metaller blir supraledande vid höga temperaturer, vilket är viktigt vid kraftöverföring och databehandling baserat på supraledare. Forskare upptäckte detta fenomen för 100 år sedan, men själva superledningsförmågan är fortfarande ett mysterium, eftersom de flesta material är för komplexa för att förstå fysiken i kvantfasövergången i detalj. Så den bästa strategin i det här fallet är att fokusera på att lära sig mindre komplexa modellsystem.
Fysiker vid University of Utah har upptäckt att supraledande nanotrådar gjorda av en molybden-germaniumlegering genomgår kvantfasövergångar från supraledande till vanlig metall när de placeras i ett vanligt magnetfält vid låga temperaturer. Denna studie avslöjade först den mikroskopiska processen genom vilken ett material tappar sin superledningsförmåga: ett magnetfält bryter upp par elektroner - Cooper-par interagerar med andra par av samma typ - och de upplever en dämpande kraft från oparade elektroner i systemet.
Forskningen är detaljerad i en kritisk teori föreslagen av Adrian Del Maestro, biträdande professor vid University of Vermont. Teorin beskrev exakt hur utvecklingen av supraledning beror på den kritiska temperaturen, magnetfältets storlek och orientering, nanotrådens tvärsnittsarea och de mikroskopiska egenskaperna hos materialet som det är tillverkat av. Detta är första gången inom superledningsfältet som alla detaljer i en kvantfasövergång förutses av teorin, bekräftade på verkliga föremål i laboratoriet.
”Kvantfasövergångar kan låta väldigt exotiska, men de observeras i många system - från stjärncentrum till atomkärnor, såväl som från magneter till isolatorer,” säger Andrey Rogachev, biträdande professor vid University of Utah och huvudförfattare till studien. "När vi förstår kvantvibrationer i detta enklare system kan vi prata om varje detalj i den mikroskopiska processen och tillämpa den på mer komplexa objekt."
Kampanjvideo:
