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
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.
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.
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

Обзор клавиатуры Attack Shark M87PRO Contour Line White: А зачем нужны символы?

Рынок клавиатур сегодня переполнен, и многие модели выглядят очень похожими друг на друга. Но что, если есть вариант, который выделяется на фоне остальных благодаря уникальным свитчам без символов...

АЗС в форме летающих тарелок: зачем их строили в СССР и что с ними сейчас

В середине 1970-х годов на дорогах Советского Союза начали появляться необычные автозаправочные станции. Их центральная часть напоминала летающую тарелку — круглый диск, возвышающийся на...

Что может обогнать скорость света? Физики впервые засняли сверхсветовое движение без нарушения законов

Скорость света в вакууме — абсолютный предел во Вселенной. Ни один материальный объект, ни одна частица, обладающая массой, и ни один сигнал, способный передавать информацию, не могут...

Почему мобильный интернет может быть медленным даже при хорошем сигнале

Многие сталкивались с ситуацией, когда на телефоне отображается уверенный уровень сигнала — почти все «палочки» на месте, значок 4G или даже 5G горит стабильно, а страницы загружаются...

Подводный супервулкан Японии перезаряжается: очаг кальдеры Кикай снова заполняется магмой спустя 7300 лет

Около 7300 лет назад на юге современного Японского архипелага произошло извержение Акахоя. Геологи классифицируют его как одно из крупнейших в эпоху голоцена: вулкан выбросил на поверхность и в...