Ülijuhtivus avastati 1911. aastal, kuid selle omadusi ja omadusi pole veel täielikult uuritud. Uus nanotraatide uurimine aitab mõista, kuidas see nähtus on kadunud.
Kuumal suvel jookide külmana hoidmise probleem on klassikaline faasivahetuse õppetund. Neid tuleb uurida, ainet kuumutada ja jälgida omaduste muutusi. Kui jõuate nn kriitilisse punkti, lisage vett või soojust - ja jälgige, kuidas aine muutub gaasiks (või auruks).
Kujutage nüüd ette, et olete kõik jahutanud väga madalale temperatuurile - nii palju, et kõik termilised efektid on kadunud. Tere tulemast kvantreaalsusse, kus rõhk ja magnetväljad ei mõjuta mingil viisil uute faaside tekkimist! Seda nähtust nimetatakse kvantfaasi üleminekuks. Erinevalt tavapärasest üleminekust moodustab kvantsiire täiesti uued omadused, näiteks ülijuhtivuse (mõnes materjalis).
Kui rakendate ülijuhtivale metallile pinget, liiguvad elektronid läbi materjali ilma takistusteta ja elektrivool voolab lõpmatuseni, aeglustamata ega tekitades soojust. Mõned metallid muutuvad kõrgel temperatuuril ülijuhtivaks, mis on oluline ülijuhtidel põhineva jõuülekande ja andmetöötluse korral. Teadlased avastasid selle nähtuse 100 aastat tagasi, kuid ülijuhtivuse mehhanism jääb saladuseks, kuna enamik materjale on kvantfaasi ülemineku füüsika üksikasjalikuks mõistmiseks liiga keerulised. Nii et parim strateegia on antud juhul keskenduda vähem keerukate mudelsüsteemide õppimisele.
Utahi ülikooli füüsikud on leidnud, et molübdeen-germaaniumisulamist valmistatud ülijuhtivad nanojuhtmed läbivad madalatel temperatuuridel tavalises magnetväljas ülijuhtivast kvantfaasist ülemineku tavalisele metallile. See uuring näitas kõigepealt mikroskoopilist protsessi, mille käigus materjal kaotab oma ülijuhtivuse: magnetväli lagundab elektronipaare - Cooperi paarid suhtlevad teiste sama tüüpi paaridega - ja nad kogevad süsteemi paardumata elektronide summutavat jõudu.
Uuring on üksikasjalikult kirjeldatud Vermonti ülikooli dotsendi Adrian Del Maestro pakutud kriitilises teoorias. Teooria kirjeldas täpselt, kuidas ülijuhtivuse areng sõltub kriitilisest temperatuurist, magnetvälja suurusest ja orientatsioonist, nanotraadi ristlõikepindalast ja selle materjali mikroskoopilistest omadustest. See on ülijuhtivuse valdkonnas esimene kord, kui kõik kvantfaasi ülemineku üksikasjad ennustatakse teooria abil, mis kinnitatakse laboris tõelistele objektidele.
"Kvantfaasi üleminekud võivad tunduda väga eksootilised, kuid neid täheldatakse paljudes süsteemides - nii tähekeskmetest aatomituumadeni kui ka magnetitest isolaatoriteni," ütles Utahi ülikooli dotsent ja uuringu juht Andrey Rogachev. "Kui me mõistame kvantvibratsioone selles lihtsamas süsteemis, võime rääkida mikroskoopilise protsessi igast detailist ja rakendada seda keerukamate objektide jaoks."
Reklaamvideo:
