Vědci demonstrují supravodič, o kterém se dříve myslelo, že je nemožný

Supravodivost je jev, při kterém obvod ztrácí odpor a za určitých podmínek se stává extrémně účinným. Existuje několik způsobů, jak toho dosáhnout, které byly považovány za nekompatibilní. Vědci poprvé objevují most mezi dvěma z těchto metod k dosažení supravodivosti. Tyto nové znalosti by mohly vést k obecnějšímu pochopení jevů a jednoho dne k aplikacím.

Pokud jste jako většina lidí, existují ve vašem každodenním životě tři stavy hmoty: pevná látka, kapalina a plyn. Možná znáte čtvrtou skutečnost nazvanou plazmacož je jako plyn, který se tak zahřál, že se všechny jeho atomy zhroutily a zanechaly super horký nepořádek subatomárních částic. Věděli jste ale o takzvaném pátém stavu hmoty na opačném konci teploměru? Je známý jako Bose-Einsteinův kondenzát (BEC).

„BEC je jedinečný stav hmoty, protože je vyroben spíše z vln než z částic,“ řekl docent Kozo Okazaki z Ústavu fyziky pevných látek na tokijské univerzitě. “Jak se ochladí.” Absolutní nulaatomy určitých materiálů jsou rozmazané vesmírem. Toto rozmazání se zvyšuje, dokud se atomy – nyní vlny, nikoli částice – překrývají a již je nelze od sebe odlišit. Výsledná hmota se chová jako jedna entita s novými vlastnostmi, které předchozím pevným, kapalným nebo plynným stavům chyběly, například: B. Supravodivost. Donedávna byly supravodivé BEC čistě teoretické, ale nyní jsme to v laboratoři demonstrovali novým materiálem na bázi železa a selenu (nekovový prvek). “

Úhlová rozlišovací fotoemisní spektroskopie

Obrázky polarizovaného světla ukazují vědcům, jak se elektrony, představované červenými křížky, chovají ve svých testovacích vzorcích za různých okolností. Fotografický kredit: © 2020 Okazaki et al.

Toto je poprvé, co byl BEC experimentálně ověřen jako supravodič. Jiné projevy hmoty nebo režimů však mohou také vést k supravodivosti. Režim Bardeen-Cooper-Shrieffer (BCS) je uspořádání hmoty, ve kterém se atomy, když jsou ochlazeny téměř na absolutní nulu, zpomalí a seřadí, což usnadňuje průchod elektronů. Tím se efektivně sníží elektrický odpor těchto materiálů na nulu. BCS i BEC vyžadují mrazivé chladné podmínky a oba zahrnují zpomalení atomů. Ale tyto režimy jsou jinak velmi odlišné. Vědci již dlouho věřili, že lze dosáhnout obecnějšího chápání supravodivosti, pokud by se tyto režimy mohly nějakým způsobem překrývat.

“Důkaz supravodivosti v BEC byl prostředkem k dosažení cíle.” Opravdu jsme doufali, že prozkoumáme překrývání mezi BEC a BCS, “řekl Okazaki. “Byla to velká výzva, ale náš jedinečný přístroj a metoda pozorování to potvrdily – mezi těmito režimy existuje plynulý přechod.” A to naznačuje obecnější základní teorii supravodivosti. Je vzrušující doba pracovat v této oblasti. “

Křivky distribuce energie

Tyto barevné čáry nejsou jen na displeji, ale pod nimi vědcům sdělují, jaká teplota, v tomto případě kolem 10 Kelvinů, vykazuje vzorek supravodivé chování. Fotografický kredit: © 2020 Okazaki et al.

Okazaki a jeho tým sledovali pomocí laserové fotoemisní spektroskopie s ultranízkou teplotou a vysokým energetickým rozlišením pozorování chování elektronů během přechodu materiálu z BCS na BEC. Elektrony se ve dvou režimech chovají odlišně a přepínání mezi nimi pomáhá vyplnit některé mezery v celkovém obrazu supravodivosti.

Supravodivost však není jen laboratorní kuriozita. Supravodivé komponenty, jako jsou elektromagnety, se již používají v aplikacích, jako je Large Hadron Collider, největší urychlovač částic na světě. Jak je však vysvětleno výše, vyžadují extrémně nízké teploty, které zakazují vývoj supravodivých zařízení, které můžeme každý den očekávat. Není tedy divu, že existuje velký zájem o hledání způsobů výroby supravodičů při vyšších teplotách, možná jednoho dne i při pokojové teplotě.

„S přesvědčivými důkazy o supravodivých BEC si myslím, že to povede další výzkumníky ke studiu supravodivosti při stále vyšších teplotách,“ řekl Okazaki. „Zpočátku to může znít jako sci-fi, ale pokud by k supravodivosti mohlo dojít poblíž teploty místnosti, naše schopnost generovat energii by se dramaticky zvýšila a naše energetické požadavky by se snížily.“

Odkaz: „Bose-Einsteinova kondenzační supravodivost v důsledku zmizení nematického stavu“ od Takahira Hashimota, Yuichi Oty, Akihira Tsuzukiho, Tsubaki Nagashimy, Akiko Fukushimy, Shigeru Kasahary, Yuji Matsudy, Kohei Matsuury, Yuty Mizukami, 6 Takasada Shiba. Listopad 2020, Pokrok ve vědě.
DOI: 10.1126 / sciadv.abb9052

Tento výzkum je podporován granty pro vědecký výzkum (KAKENHI) (čísla grantů JP19H00651, JP19H01818, JP18H05227, JP19H00649, JP18H01177, JP18K13492, JP20H02600) a pro inovativní oblasti „Kvantové kapalné krystaly“ (číslo grantu JP195) JP19H “a“ Grant number JP15H05852) from the Japan Society for the Promotion of Science (JSPS). TH uznává grant na výzkum JSPS pro mladé vědce (DC2).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lipidy na membráně mozkových buněk jsou kvůli léčbě Alzheimerovy choroby většinou přehlíženy

Byly vytvořeny vazby mezi lipidovou nerovnováhou a onemocněním, kdy změny lipidů zvyšují tvorbu amyloidových plaků, což je rys Alzheimerovy choroby. Tato nerovnováha inspirovala...

Astrofyzici jsou překvapeni neočekávanými účinky černých děr mimo jejich vlastní galaxie

Umělecká kompozice supermasivní černé díry, která reguluje vývoj jejího prostředí. Autor obrázku: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) a Dylan Nelson (Illustris-TNG) Ve středu téměř každé...

Největší australský dinosaurus – jižní titán – právě vstoupil do knih rekordů!

Australotitan cooperensis, „Southern Titan of the Cooper“. Fotografický kredit: Vlad Konstantinov, Scott Hocknull © Eromanga Natural History Museum Co je to basketbalové hřiště tak...

„Paralelní reaktory“ na bázi fotonických krystalových vláken odhalují kolektivní analogie hmotných a solitárních molekul

A. Schéma paralelních optických solitonových reaktorů založené na dutině prstencového vláknového laseru s režimem blokování. Časová optomechanická (OM) mříž umožněná fotonickými krystalovými...

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Newsletter

Subscribe to stay updated.