Suprajohtavuus löydettiin vuonna 1911, mutta sen ominaisuuksia ja ominaisuuksia ei ole vielä täysin tutkittu. Uusi nanojohtoja koskeva tutkimus auttaa ymmärtämään, miten tämä ilmiö menetetään.
Juomien kylmänä pitämisen ongelma kuumalla kesällä on klassinen vaiheenvaihtotunti. Niitä on tutkittava, ainetta on kuumennettava ja sen ominaisuuksien muutosta on seurattava. Kun saavutat ns. Kriittisen pisteen, lisää vettä tai lämpöä - ja seuraa, miten aine muuttuu kaasuksi (tai höyryksi).
Kuvittele nyt, että olet jäähdyttänyt kaiken hyvin mataliin lämpötiloihin - niin paljon, että kaikki lämpövaikutukset ovat kadonneet. Tervetuloa kvanttitodellisuuteen, jossa paine ja magneettikentät eivät millään tavalla vaikuta uusien vaiheiden syntymiseen! Tätä ilmiötä kutsutaan kvanttivaiheeksi. Toisin kuin tavanomainen siirtymä, kvanttisiirtymä muodostaa täysin uusia ominaisuuksia, kuten suprajohtavuuden (joissakin materiaaleissa).
Jos kytket jännitettä suprajohtavaan metalliin, elektronit kulkevat materiaalin läpi ilman vastusta ja sähkövirta virtaa loputtomasti hidastamatta tai tuottamatta lämpöä. Joistakin metalleista tulee suprajohtavia korkeissa lämpötiloissa, mikä on tärkeää suprajohteisiin perustuvan sähkönsiirron ja tietojenkäsittelyn tapauksessa. Tutkijat löysivät tämän ilmiön 100 vuotta sitten, mutta suprajohtavuuden mekanismi itsessään on edelleen mysteeri, koska useimmat materiaalit ovat liian monimutkaisia ymmärtämään kvanttivaiheen fysiikan yksityiskohtia. Joten paras strategia tässä tapauksessa on keskittyä vähemmän monimutkaisten mallijärjestelmien oppimiseen.
Utahin yliopiston fyysikot ovat havainneet, että molybdeeni-germaniumseoksesta valmistetut suprajohtavat nanojohdot läpikäyvät kvanttivaiheen suprajohtavasta tavalliseen metalliin, kun ne asetetaan tavalliseen magneettikenttään matalissa lämpötiloissa. Tämä tutkimus paljasti ensin mikroskooppisen prosessin, jolla materiaali menettää suprajohtavuutensa: magneettikenttä hajottaa elektronipareja - Cooper-parit ovat vuorovaikutuksessa muiden samantyyppisten parien kanssa - ja he kokevat vaimennusvoiman järjestelmän parittomista elektroneista.
Tutkimus on yksityiskohtainen Vermontin yliopiston apulaisprofessorin Adrian Del Maestron ehdottamassa kriittisessä teoriassa. Teoriassa kuvattiin tarkasti, kuinka suprajohtavuuden kehitys riippuu kriittisestä lämpötilasta, magneettikentän suuruudesta ja orientaatiosta, nanolangan poikkileikkauspinta-alasta ja sen materiaalin mikroskooppisista ominaisuuksista. Tämä on ensimmäinen kerta suprajohtavuuden alalla, kun kaikki kvanttivaiheen siirtymän yksityiskohdat ennustetaan teorian avulla, vahvistettu laboratorion todellisille esineille.
"Kvanttivaiheen siirtymät saattavat kuulostaa hyvin eksoottisilta, mutta niitä havaitaan monissa systeemeissä - tähtien keskuksista atomiytimiin sekä magneeteista eristimiin", sanoi Utahin yliopiston apulaisprofessori ja tutkimuksen johtava kirjoittaja Andrey Rogachev. "Kun ymmärrämme kvanttivärähtelyt tässä yksinkertaisemmassa järjestelmässä, voimme puhua mikroskooppisen prosessin jokaisesta yksityiskohdasta ja soveltaa sitä monimutkaisempiin kohteisiin."
Mainosvideo: