Квантовый парадокс: как беспорядок рождает сверхпроводимость?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Высокотемпературная сверхпроводимость — это своеобразный «святой Грааль» современной физики, обещающий революционные технологические прорывы. Представьте мир, где линии электропередач лишены потерь энергии, где поезда парят над магнитными рельсами, а вычислительные мощности возрастают многократно.

В погоне за этой мечтой ученые исследуют необычный мир квантовых материалов, где привычные законы физики уступают место странным и не всегда понятным явлениям. Одним из таких материалов являются купраты — сложные соединения на основе меди, демонстрирующие сверхпроводимость при относительно высоких температурах (по сравнению с классическими сверхпроводниками).

В чем же кроется секрет их необычных свойств? Ключ к разгадке лежит в сложном взаимодействии трех квантовых феноменов: сверхпроводимости, спинового порядка и зарядового порядка.

Сверхпроводимость, иллюстрация
Сверхпроводимость, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Сверхпроводимость — это способность материала проводить электрический ток без сопротивления. Она возникает благодаря тому, что электроны, обычно отталкивающиеся друг от друга, образуют связанные пары (так называемые куперовские пары), которые могут свободно перемещаться по кристаллу, не испытывая сопротивления со стороны атомов.

Спиновый и зарядовый порядки отражают тенденцию электронов к самоорганизации. Спиновый порядок проявляется в том, что магнитные моменты электронов, спины, выстраиваются в определенном порядке, подобно стрелкам компаса, указывающим в одном направлении. Зарядовый порядок характеризуется периодическим распределением электронной плотности, формирующим в материале области с избытком и недостатком электронов.

a Карта интенсивности CDW, измеренная при 6,5 К, 0 Т, спроецированная на плоскость hl, интегрированная по k [-0,02,0,02] об.ед. Пунктирный черный прямоугольник окружает пик CDW. b Температурно-зависимые h-срезы через пик CDW. Сплошные линии представляют собой однопиковые подгонки к данным. Линейный фон был вычтен, а данные сдвинуты для наглядности. Горизонтальная полоса обозначает инструментальное разрешение. c Интегральная интенсивность CDW, полученная из однопиковых подгонок. На вставке показана соответствующая ширина пика. Оранжевая пунктирная линия представляет собой линейную экстраполяцию интенсивностей CDW при 28 K, 32 K и 36 K на более низкие температуры T < Tc, как описано в основном тексте. Открытый круг показывает интенсивность CDW, измеренную при 6,5 К, 24 Т. Планки ошибок представляют собой одно стандартное отклонение.
a Карта интенсивности CDW, измеренная при 6,5 К, 0 Т, спроецированная на плоскость hl, интегрированная по k [-0,02,0,02] об.ед. Пунктирный черный прямоугольник окружает пик CDW. b Температурно-зависимые h-срезы через пик CDW. Сплошные линии представляют собой однопиковые подгонки к данным. Линейный фон был вычтен, а данные сдвинуты для наглядности. Горизонтальная полоса обозначает инструментальное разрешение. c Интегральная интенсивность CDW, полученная из однопиковых подгонок. На вставке показана соответствующая ширина пика. Оранжевая пунктирная линия представляет собой линейную экстраполяцию интенсивностей CDW при 28 K, 32 K и 36 K на более низкие температуры T < Tc, как описано в основном тексте. Открытый круг показывает интенсивность CDW, измеренную при 6,5 К, 24 Т. Планки ошибок представляют собой одно стандартное отклонение.
Автор: Wen, JJ., He, W., Jang, H. et al. Enhanced charge density wave with mobile superconducting vortices in La1.885Sr0.115CuO4. Nat Commun14, 733 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-36203-x CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Долгое время считалось, что спиновый и зарядовый порядки являются антагонистами сверхпроводимости, подавляя образование куперовских пар. Однако недавние исследования показали, что взаимодействие этих явлений гораздо сложнее и многограннее.

Ученым удалось обнаружить, что в купратах может существовать короткодействующий зарядовый порядок, который не только не подавляет сверхпроводимость, но и, возможно, даже способствует ее возникновению. Этот короткодействующий порядок проявляется в виде флуктуаций электронной плотности, которые могут способствовать образованию и движению вихрей — топологических дефектов, играющих важную роль в механизме высокотемпературной сверхпроводимости.

a Карта интенсивности CDW, измеренная при 6,5 К, 24 Т, спроецированная на плоскость hl. b Зависимые от магнитного поля h-срезы через пик CDW. Сплошные линии представляют собой одногауссовы подгонки к данным. Линейный фон был вычтен, а данные сдвинуты для наглядности. Горизонтальная полоса обозначает инструментальное разрешение. c Интегральная интенсивность CDW как функция магнитного поля. Здесь показана проекция магнитного поля, перпендикулярная плоскости CuO2 H⊥. Вертикальной пунктирной линией отмечено поле вихревого плавления Hm для LSCO при T ~ 6,5 K, определенное по измерениям сопротивления в плоскости41. Красные ромбики - это интенсивности SDW в зависимости от поля, измеренные нейтронным методом для LSCO14, масштабированные таким образом, чтобы вывести индуцированное магнитным полем усиление CDW-полос, как описано в основном тексте. Красная пунктирная линия и красная штриховка являются ориентирами для глаза. Планки ошибок представляют собой одно стандартное отклонение.
a Карта интенсивности CDW, измеренная при 6,5 К, 24 Т, спроецированная на плоскость hl. b Зависимые от магнитного поля h-срезы через пик CDW. Сплошные линии представляют собой одногауссовы подгонки к данным. Линейный фон был вычтен, а данные сдвинуты для наглядности. Горизонтальная полоса обозначает инструментальное разрешение. c Интегральная интенсивность CDW как функция магнитного поля. Здесь показана проекция магнитного поля, перпендикулярная плоскости CuO2 H⊥. Вертикальной пунктирной линией отмечено поле вихревого плавления Hm для LSCO при T ~ 6,5 K, определенное по измерениям сопротивления в плоскости41. Красные ромбики — это интенсивности SDW в зависимости от поля, измеренные нейтронным методом для LSCO14, масштабированные таким образом, чтобы вывести индуцированное магнитным полем усиление CDW-полос, как описано в основном тексте. Красная пунктирная линия и красная штриховка являются ориентирами для глаза. Планки ошибок представляют собой одно стандартное отклонение.
Автор: Wen, JJ., He, W., Jang, H. et al. Enhanced charge density wave with mobile superconducting vortices in La1.885Sr0.115CuO4. Nat Commun14, 733 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-36203-x CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Это открытие открывает новые перспективы в понимании природы высокотемпературной сверхпроводимости и создании новых материалов с уникальными свойствами. Квантовый танец электронов в купратах оказывается гораздо сложнее и интереснее, чем представлялось ранее, и его дальнейшее изучение сулит нам еще немало удивительных открытий.

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

A4Tech Fstyler FGK10 — обзор беспроводной радио-клавиатуры

Сегодня на обзоре мембранная клавиатура Fstyler FGK-10 от уже известного всем бренда A4Tech. Клавиатура беспроводная, использует для связи радиоканал на частоте 2,4 ГГц. В качестве питания...

Почему стоит (или не стоит) покупать новые iPhone 18 Pro, iPhone 18 Pro Max и iPhone Duo

Вот уже несколько лет девятое число девятого месяца знаменуется презентацией Apple. В этом году компания подготовила для нас кое-что особое, а именно первую в своей истории «раскладушку» iPhone...

Почему знак процента выглядит именно так: как % изменился за несколько столетий

Знак % кажется настолько очевидным, что его легко принять за маленькую дробь: ноль сверху, ноль снизу, между ними косая черта. Возникает почти автоматическое объяснение — мол, это...

Мозг под наркозом выработал больше сигналов, чем наяву: как разрушение электрических волн отключает человеческое восприятие

Новое исследование показало, что под анестезией мозг генерирует даже больше сигналов, но хаотичных. Как физические волны в коре координируют восприятие и почему без них гаснет человеческое сознание?

Как возникла сложная жизнь: ученые впервые сняли контакт микробов, сделавший возможной эволюцию человека

Все живые организмы на Земле разделены на две принципиально разные группы: прокариоты и эукариоты. Прокариоты — это бактерии и археи. Их клетки устроены относительно просто: они малы по...

A4TECH Bloody R77 Ultra Dock — обзор игровой радио-мыши с док-станцией для беспроводной зарядки

Думаю, компания A4Tech, как и их линейка игровых девайсов Bloody, в представлении не нуждается. Сегодня на обзоре игровая мышь A4Tech Bloody R77 Ultra Dock с возможностью использования по...