"Şerit sıralı" cupratlarda (alternatif elektrik yükü ve manyetizma alanları olan bakır oksit malzemeler) bakır iletken malzemelerdeki süper iletkenliğin altında yatan mekanizmayı anlamaya çalışan bilim adamları, süper iletkenliği kapatmaya çalışırken alışılmadık bir metalik durum keşfetti. Deney koşulları altında, malzemenin elektrik akımını hiçbir enerji kaybı olmadan taşıma yeteneğini kaybettikten sonra bile, bazı iletkenliği – ve muhtemelen süper-iletken süper gücü için gereken elektron (veya delik) çiftlerini koruduğunu buldular.
ABD Enerji Bakanlığı Brookhaven Ulusal Laboratuarı'ndan bir fizikçi olan John Tranquada, "Bu çalışma, şeritlerin sıralı olarak düzenlenmiş ücret ve manyetizma düzenlemesinin, süper iletkenliğin ortaya çıkması için gereken şarj taşıyıcı çiftlerini oluşturmak için iyi olduğuna dair kesin kanıtlar sunmaktadır." Dedi.
Tranquada ve Brookhaven Lab ve ortak çalışmalarının yapıldığı Florida Eyalet Üniversitesi Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı ortak yazarları, çalışmalarını daha önce yayınlanmış bir makalede açıkladılar. Bilimsel Gelişmeler. İlgili bir makale Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı Brookhaven Laboratuarı'ndaki bir teorisyen olan ortak yazar Alexei Tsvelik tarafından yapılan gözlemler için teorik temeller hakkında fikir vermektedir.
Bilim adamları, 40 Kelvin (-233 santigrat derece) sıcaklıkta alışılmadık bir süperiletkenlik formu sergileyen belirli bir lantan baryum bakır oksidi (LBCO) formülasyonu üzerinde çalışıyorlardı. Süper iletkenler aleminde nispeten sıcak. Konvansiyonel süper iletkenler, akımı enerji kaybı olmadan taşımak için -273 ° C (0 Kelvin veya mutlak sıfır) yakınındaki sıcaklıklara sıvı helyum ile soğutulmalıdır. Bu "yüksek sıcaklık" süper iletkenliğinin arkasındaki mekanizmayı anlamak, daha yüksek sıcaklıklarda çalışan süper iletkenlerin keşfedilmesine veya stratejik tasarımına rehberlik edebilir.
"Prensip olarak, bu tür süper iletkenler, sıfır enerji kaybına neden olan enerji iletim hatları ile elektrik altyapısını geliştirebilirler" dedi. Tranquada "ya da manyetik rezonans görüntüleme (MRI) gibi uygulamalar için pahalı soğutmaya ihtiyaç duymadan güçlü elektromıknatıslarda kullanılabilir."
Yüksek tc gizemi
LBCO, 33 yıl önce keşfedilen ilk yüksek sıcaklık (yüksek Tc) süper iletkeniydi. Lantan ve baryumdan oluşan katmanlarla ayrılan bakır oksit katmanlarından oluşur. Baryum, lantandan daha az elektrona bakır oksit tabakalarına katkıda bulunur, bu nedenle, belirli bir oranda dengesizlik, kuprat düzlemlerinde delikler olarak bilinen elektronların boşluğunu bırakır. Bu delikler şarj taşıyıcılar gibi davranabilir ve elektronlar gibi eşleşebilir ve 30K'nin altındaki sıcaklıklarda akım, malzemenin içinde üç boyutlu olarak – tabakaların içinde ve arasında – dirençsiz olarak hareket edebilir.
Bu malzemenin tuhaf bir özelliği, bakır oksit tabakalarında, belirli baryum konsantrasyonunda, deliklerin manyetik hizalama alanlarıyla değişen "çizgiler" olarak ayrılmasıdır. Bu keşiften bu yana, 1995 yılında, bu çizgilerin süperiletkenliği indükleme veya inhibe etmedeki rolü hakkında çok fazla tartışma yapıldı.
2007 yılında, Tranquada ve ekibi, bu malzemede, en yüksek 40 K sıcaklıkta, olağandışı süper iletkenlik formunu keşfetti. Eğer baryum miktarını 3-D süper iletkenliğe izin veren miktarın altında olacak şekilde değiştirdilerse, 2-D süper-iletkenliği gözlemlediler – yani sadece bakır-oksit tabakaları içinde, ancak aralarında değil.
Teorisyen Tsvelik, "Süper iletken katmanlar birbirinden ayrışıyor gibi görünmektedir." Dedi. Akım, katmanlar içinde herhangi bir yönde kayıpsız olarak hala akabilir, ancak katmanlara dik yönde direnç vardır. Bu gözlem, yük taşıyıcı çiftlerin komşu katlarda birbirlerine dik yönlerde "çift yoğunluk dalgaları" oluşturduğunun bir işareti olarak yorumlandı. Tsvelik, "Bu yüzden çiftler katmandan diğerine atlayamıyorlar. Dik yönde hareket eden trafiğe karışmaya çalışmak gibi olacaklar. Birleşemezler." Dedi.
Süper iletken çizgileri öldürmek zordur
Yeni deneyde, bilim adamları, LBCO'nun özel formülasyonundaki sıra dışı süperiletkenliğin kökenlerini, onu yok etmeye çalışarak keşfetmeye daha derinlemesine daldılar. Tranquada, "Çoğu zaman işleri başarısızlığa zorlayarak test ediyoruz." Dedi. İmha yöntemleri, materyali Florida Eyaletinde üretilen güçlü manyetik alanlara maruz bırakmaktı.
Tranquada, "Dış alan büyüdükçe, süper iletkendeki akım, manyetik alanı iptal etmeyi denemek için büyür ve büyür" dedi. “Ancak, akım olmadan direnç olmadan akabilecek bir sınır var. Bu sınırın bulunması bize süper iletkenin ne kadar güçlü olduğu hakkında bir şeyler söylemeli.”
Örneğin, LBCO'daki yük sırası ve manyetizma şeritleri süper iletkenlik için kötüyse, mütevazı bir manyetik alan onu yok etmelidir. Tranquada, "Yüklerin şeritler halinde donabileceğini düşündük, böylece malzeme bir yalıtkan haline gelecekti." Dedi.
Ancak süper iletkenlik çok daha sağlam olduğu ortaya çıktı.
Brookhaven fizikçi Genda Gu tarafından yetiştirilen LBCO'nun mükemmel kristallerini kullanarak, Tranquada laboratuvarında çalışan doktora sonrası bir araştırmacı olan Yangmu Li, Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı'nda çeşitli koşullar altında malzemenin dayanıklılığını ve iletkenliğini ölçdü. Manyetik alan bulunmayan mutlak sıfırın hemen üzerindeki bir sıcaklıkta, malzeme tam 3 boyutlu süper iletkenlik sergilemiştir. Sıcaklığı sabit tutmak için, bilim adamları, üç boyutlu süperiletkenliğin ortadan kalkması için dış manyetik alanı önemli ölçüde arttırmak zorunda kaldılar. Daha da şaşırtıcı olanı, alan kuvvetini daha da arttırdıklarında, bakır oksit düzlemlerindeki direnç tekrar sıfıra indi!
Tranquada, "40K'da keşfettiğimiz aynı 2B süper iletkenliği gördük." Dedi.
Tarlayı daha da arttırmak, 2B süper iletkenliği daha da tahrip etti, ancak malzemenin normal akım taşıma yeteneğini hiçbir zaman tamamen tahrip etmedi.
Tranquada, "Direniş arttı ama sonra yükseldi" dedi.
Kalıcı çiftlerin belirtileri?
Tranquada, en yüksek manyetik alan altında yapılan ek ölçümlerde, malzemedeki yük taşıyıcıların, artık süper iletken olmalarına rağmen hala çiftler olarak bulunabileceğini belirtti.
Tsvelik, "Malzeme artık akımın akışını saptırmayan bir metal haline geliyor." Dedi. “Manyetik bir alanda bir akımınız olduğunda, akımın dikey yönünde şarjların – elektronlar veya delikler – biraz sapmasını beklersiniz [what scientists call the Hall effect]. Ama olan bu değil. Sapma yok. "
Başka bir deyişle, süper iletkenlik yok edildikten sonra bile, malzeme, süper iletkenlik durumunun özelliği olan "çift yoğunluk dalgasının" anahtar işaretlerinden birini tutar.
Tsvelik, "Teorim yük açısından zengin çizgilerin varlığını, aralarındaki manyetik momentlerin varlığından çift yoğunluklu dalga durumunun oluşumuyla ilişkilendirmektedir." Dedi. "Yüksek alanda hiçbir yük sapmasının gözlemlenmesi, manyetik alanın, çift yoğunluklu dalgayı zorunlu olarak tahrip etmeden, süper iletkenlik için gereken tutarlılığı tahrip edebileceğini göstermektedir."
Tranquada, "Birlikte bu gözlemler, çizgilerin eşleşmeye iyi geldiğine dair ek kanıtlar sunmaktadır." Dedi. "İki boyutlu süper iletkenliğin yüksek alanda tekrar ortaya çıktığını ve sonra daha yüksek bir alanda, 2 boyutlu süper iletkenliği kaybettiğimizde malzemenin sadece bir yalıtkan haline gelmediğini görüyoruz. Hala bazı akan akışlar var. çiftlerin çizgiler arasında tutarlı hareket etmesine rağmen, yine de çizgiler içinde tutarsızca hareket edebilen ve bize sıra dışı bir metalik davranış kazandıran çiftler olabilir. "
Yüksek sıcaklık süperiletkenlerinde alan kaynaklı çift yoğunluklu dalga durumunun keşfi
"Arızalı süper iletkenden manyetik alana sahip başarısız izolatöre ayarlama" Bilimsel Gelişmeler (2019). DOI: 10.1126 / sciadv.aav7686, https://advances.sciencemag.org/content/5/6/eaav7686
A.M. Tsvelik. Manyetik alandaki tek-frekans-eşleştirilmiş süper-iletkende süper iletken metal geçişi, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı (2019). DOI: 10.1073 / pnas.1902928116
alıntı:
Elektron (veya 'delik') çiftleri, süperiletkenliği öldürme çabasında hayatta kalabilir (2019, 14 Haziran)
15 Haziran 2019 tarihinde alındı
https://phys.org/news/2019-06-electron-hole-pairs-survive-effort.html adresinden
Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan herhangi bir dürüst işlem dışında,
Bölüm, yazılı izin olmadan çoğaltılabilir. İçerik sadece bilgi amaçlıdır.