Odkrycie „nagłej śmierci” podważa nasze zrozumienie nadprzewodnictwa: ScienceAlert

Wiry chaosu kwantowego, które spontanicznie pojawiają się w atomowo cienkich warstwach materiałów izolacyjnych, stanowią zagadkę dla fizyków, wymagając rewizji modeli, które mogłyby rozwiązać niektóre palące problemy w dążeniu do zrozumienia nadprzewodnictwa.

Fizycy eksperymentalni z Uniwersytetu Princeton w USA i Japońskiego Narodowego Instytutu Inżynierii Materiałowej zbadali spontaniczne pojawianie się fluktuacji kwantowych w punkcie przejścia od korka elektronowego do nadprzewodzącej autostrady przecinającej krajobraz 2D.

„To, jak można zamienić jedną fazę nadprzewodzącą w inną, jest interesującym obszarem badań”. On mówi Fizyk i starszy autor z Princeton, Sanfeng Wu.

„Od jakiegoś czasu interesujemy się tym problemem w przypadku cienkich, czystych, monokrystalicznych materiałów”.

Elektrony dryfujące po miedzianych drutach za płytą kartonowo-gipsową mają trudności z przedostaniem się z punktu A do punktu B. Włącz telewizor, a w tych przewodach zacznie się szaleństwo w godzinach szczytu, gdy elektrony skręcają i zderzają się, trąbiąc swoimi małymi elektronicznymi klaksonami i potrząsając małe elektrony. Elektroniczne rękojeści przegrzewają swoje maleńkie silniki elektroniczne.

Nadprzewodnictwo to marzenie. Od początku do końca jest to łatwa jazda. Brak strat ciepła i energii. Jest tak wydajny, jak to tylko możliwe, idealny do generowania silnych pól elektromagnetycznych lub szybkich obliczeń, które nie rozpłyną się w kałuży.

Jednak wytworzenie fazy przewodności również nie jest łatwe. Dzieje się tak, gdy elektrony tracą poczucie indywidualności i popadają w stan synchronizacji, tworząc tzw Pary CooperaPotrafi negocjować sąsiedztwo atomowe z łatwością jak Zen.

Wymaga to poziomu chłodu, który można osiągnąć jedynie przy użyciu ciężkiego i imponującego sprzętu. Jeśli jednak badacze będą w stanie dokładnie zrozumieć, co powoduje to przesunięcie kwantowe i jaką rolę odgrywa temperatura, być może będą w stanie zadowolić się mniejszym chłodzeniem.

Jeden z obszarów badań obejmuje badanie zachowania kwantowego elektronów uwięzionych na fizycznie powierzchniach 2D. Ponieważ są one pozbawione możliwości poruszania się w górę i w dół, zjawiska kwantowe utrudniają ich przejście do stanu nadprzewodzącego.

„Kiedy udasz się do niższych wymiarów, fluktuacje stają się tak silne, że eliminują jakąkolwiek możliwość nadprzewodnictwa”. On mówi Fizyk z Princeton Nay Phuan Ong.

Zasadniczego zabójcę stanu Zen elektronu najlepiej opisać jako wir kwantowy. Lub jako ong opisuje to„Kwantowa wersja wiru powstającego podczas opróżniania wanny.”

Według tzw Transmisja BKTPo Laureaci Nobla Vadim Berezinsky, John Kosterlitz i David Thewlis Te śmiercionośne wiry śmierci znikają w materiałach 2D, gdy temperatura jest wystarczająco niska.

Badając przestrzeń tornad kwantowych, które powodują chaos w stanach nadprzewodzących, Wu i jego zespół stworzyli pojedynczą warstwę półmetalicznego ditelurku wolframu, który przy temperaturze wyższej od zera absolutnego staje się izolatorem dławiącym energię.

Jednak pompowanie wystarczającej liczby elektronów wymusza przepływ prądu w sposób nadprzewodzący.

Jednak gdy temperatura spadła, naukowcy zauważyli coś dość dziwnego. Dodaj wystarczającą ilość elektronów, a otrzymasz nadprzewodnictwo. Jednak na krytycznym poziomie ruchu elektronów wiry kwantowego szaleństwa powracają, wyłączając prąd.

Pomiary wirów wykazały, że nie były to zwykłe wiry kwantowe, ale raczej pozostawały stabilne w wyższych temperaturach i polach magnetycznych, niż nakazuje teoria. Kiedy liczba elektronów spadnie poniżej pewnej wartości, wiry nagle znikają.

„Spodziewaliśmy się silnych wahań utrzymujących się poniżej krytycznej gęstości elektronów po stronie nieprzewodzącej, podobnie jak silne wahania obserwowane znacznie powyżej temperatury przejścia BKT”. On mówi Zabiegać.

„Odkryliśmy jednak, że sygnały wirowe „nagle” zanikają w momencie przekroczenia krytycznej gęstości elektronów. To był szok. W ogóle nie potrafimy wyjaśnić tej obserwacji – „nagłej śmierci” fluktuacji”.

Nowe paradygmaty oferują możliwości dla nowych metod badawczych, które mogą prowadzić do nowych technologii. Biorąc pod uwagę potencjalne korzyści wynikające z opracowania nadprzewodnictwa w temperaturze pokojowej, przydatne jest posiadanie dobrej mapy pogody w krajobrazie kwantowym.

Badanie to zostało opublikowane w Fizyka przyrody.