Новое исследование показывает, когда сверхпроводник действительно становится супер

Графическая иллюстрация сверхпроводниковой купратной системы. Предоставлено: Cockrell School of Engineering, Техасский университет в Остине.

Раскрытие тайны сверхпроводимости при высоких температурах, особенно в материалах на основе оксида меди, остается одной из самых загадочных задач в современной физике твердого тела. Но международная исследовательская группа инженеров и ученых, возможно, сделала еще один шаг к пониманию.

Сверхпроводники — это материалы, которые приобретают уникальные физические свойства при охлаждении до экстремально низких температур. Они перестают сопротивляться электрическому току, позволяя току свободно проходить без потери энергии. Сверхпроводники используются в таких технологиях, как МРТ-машины, электродвигатели, системы беспроводной связи и ускорители частиц. Хотя научному сообществу известны тысячи примеров сверхпроводящих материалов, остается много вопросов о том, почему и как возникает сверхпроводимость. Новое исследование может дать ответ.

Исследовательская группа, в которую входит Цзянши Чжоу, профессор-механик в Технической школе Кокрелла и член Техасского университета в Институте материалов Остина, подтвердила существование фазового перехода при температуре, близкой к абсолютному нулю градусов, выше, чем температура, необходимая для многих сверхпроводников, в сверхпроводящих материалах на основе оксида меди (или купрата). Команда считает, что это может быть во время этого фазового перехода, «квантовой критической точки », когда сверхпроводимость действительно происходит. Результаты были опубликованы в недавнем выпуске журнала Nature.

В исследовании измерялось влияние тепла на две купратные системы, которые, как известно, являются сверхпроводниками: Eu-LSCO и Nd-LSCO, обе — кристаллические системы на основе оксида меди. Два материала были охлаждены до их критических температурных точек, в то время как большие магнитные поля использовались для подавления их сверхпроводимости. Полученные термодинамические сигнатуры, полученные в ходе эксперимента, подтвердили существование фазы «квантовой критичности» в проанализированных примерах.

«Квантовая критичность была предложена в качестве одного из потенциальных факторов, способствующих сверхпроводимости в купратных системах», — сказал Чжоу. «Наше исследование подтверждает, что это так».

Чжоу является единственным исследователем в США и одним из немногих инженеров во всем мире, обладающих опытом в выращивании и анализе купратных кристаллических систем, одного из наиболее часто используемых сверхпроводников.

Инженеры часто классифицируют материалы на основе их сопротивления потоку электрических токов. Это свойство измеряется путем наблюдения за поведением электронов. Такие металлы, как медь — ключевой компонент в проводах, соединяющих наши зарядные устройства для смартфонов, микроволновые печи, лампочки и многое другое, к электрическим розеткам — состоят из электронов, которые свободно перемещаются вокруг атомной структуры. Это предлагает слабое сопротивление электрическим токам, свойство, которое делает для сильного проводника.

Сопротивление, независимо от того, насколько оно слабое, нежелательно в проводящих материалах, так как энергия, используемая для сопротивления, преобразуется в тепло и технически теряется. В идеальном мире кабели были бы сделаны из материала с нулевым сопротивлением электрическому току. Именно здесь приходят сверхпроводники. Однако, поскольку все известные сверхпроводники должны быть охлаждены до экстремально низких температур, их трудно регулярно использовать в практических приложениях. В конечном счете, инженеры и ученые во всем мире продолжают искать сверхпроводящие материалы, которые можно использовать при гораздо более высоких температурах, в надежде достичь комнатной температуры. Каждое открытие делает исследователей на один шаг ближе.

«Понимание того, почему эти материалы становятся сверхпроводниками, приведет нас к этому святому Граалю сверхпроводников комнатной температуры» , — сказал Чжоу. «Надеюсь, это только вопрос времени».

Источник информации: https://phys.org/news/2019-02-reveals-superconductor-super.html#jCp

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...