Vědci z Awestrucku se dívají na 2D elektronové nádrže, které se spontánně objevují ve 3D supravodivém materiálu

SLAC թ Stanfordští vědci zaznamenali rybníky 2D supravodivého chování generované netradičním 3D supravodičem, který vede elektřinu se 100% účinností při neobvykle vysokých teplotách. Jejich studie naznačuje, že takzvané „vznikající“ chování může být způsobem reorganizace 3D supravodičů těsně před náhlým přechodem do izolačního stavu, kdy jsou elektrony omezeny na své domovské atomy a nemohou se vůbec pohybovat. Uznání: Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory

Je to příklad toho, jak se ve složitých materiálech mohou automaticky objevit úžasné vlastnosti. Fenomén, který vědci doufají použít pro nové technologie.

Vytváření dvojrozměrného materiálu o tloušťce jen několika atomů je často složitý proces, který vyžaduje složité vybavení. Vědci byli tedy překvapeni, když viděli, jak se na trojrozměrném supravodiči objevují dvourozměrné jamky – materiál, který umožňuje elektronům cestovat se 100% účinností s nulovým odporem – bez náznaku.

V těchto rybnících se supravodivé elektrony chovaly, jako by byly uvězněny v neuvěřitelně tenké rovině podobné listu, což je situace, která vyžaduje, aby se nějak přesunuli do jiné roviny, kde platí různá pravidla kvantové fyziky.

„Toto je hmatatelný příklad vznikajícího chování, které je často obtížné nebo nemožné replikovat výcvikem inženýra od nuly,“ řekl Harry Manohara, profesor na Stanfordské univerzitě a výzkumný pracovník na Stanfordském institutu pro energetické vědy (SIMES). V laboratoři SLAC National Accelerator Laboratory, která tuto studii vedla.

Řekl. „Je to, jako kdyby měli supravodivou sílu,“ řekl, „samotné 3D elektrony se rozhodly žít ve 2D světě.“

Výzkumný tým nazývá tento nový fenomén „interdisciplinární hyperkomunikací“ a ve zprávě: Vědecký bulletin Národní akademie věd 2021 12. dubna navrhli, aby byly 3D supravodiče reorganizovány těsně před náhlým přechodem do izolačního stavu, kdy byly elektrony omezeny na své domovské atomy a nemohly se vůbec pohybovat.

„Zjistili jsme, že jde o systém, kde se elektrony chovají nečekaně. To je krása fyziky, “uvedla Carolina Paran, postgraduální výzkumná pracovnice SLAC և Stanford, která provedla experimenty, které vedly k myšlence tohoto zajímavého výsledku. „Měli jsme velké štěstí, že jsme toto chování našli.“

Elektrony fungují podivně

Ačkoli byla supravodivost objevena před více než stoletím, její užitečnost byla omezena skutečností, že materiály se staly supravodivými pouze při teplotách blízkých hlubokým vzdálenostem.

Oznámení z roku 1986, že vědci objevili novou դաս neočekávanou třídu supravodivých materiálů, které fungovaly v mnohem vyšších nadmořských výškách, přestože byly stále velmi chladné, vyvolalo vlnu tsunami, která pokračuje až do dnešního dne s cílem zjistit, jak fungují nové materiály և vyvinout možnosti, které pracovat blíže pokojové teplotě pro aplikace, jako jsou dokonale efektivní elektrické vedení և magnetické vlaky.

Tato studie začala vysokoteplotním supravodičem zvaným BPBO pro jeho čtyři atomové složky: baryum, olovo, vizmut a kyslík. To bylo poté syntetizováno v laboratoři stanfordského profesora և SIMES vyšetřovatele Iana Fischera, poté doktorandky Paula ira Iraldo-Gallo.

Když to tam vědci provedli rutinními experimenty, včetně stanovení přechodové teploty, když spadne do supravodivé „izolační fáze“, jako je voda, která se odpařuje na páru nebo led, uvědomili si, že jejich data ukazují, že se elektrony chovaly tak. omezeno extrémní tenkostí. 2D vrstvy nebo vrstvy uvnitř materiálu. To byla záhada, protože BPBO je 3D supravodič, jehož elektrony se obvykle mohou volně pohybovat v požadovaném směru.

Při šetření se Manoharanův tým podíval blíže a hledal tunelový mikroskop nebo nástroj STM, který by dokázal identifikovat nebo dokonce transportovat jednotlivé atomy v několika horních atomových vrstvách hmoty.

Interakční rybníky

Zjistili, že vrstvy neměly nic společného s uspořádáním atomů v materiálu nebo ponořením drobných korálků na jeho povrch.

„Místo toho byly tyto vrstvy vrstvami, kde se elektrony chovají, jako by byly omezeny na 2D hmotu podobnou rybníkům,“ řekl Parran. „Vzdálenost mezi rybníky je dostatečně krátká na to, aby elektrony mohly„ vidět “vzájemně ovlivňovat způsobem, který jim umožňuje pohybovat se bez odporu, což je známkou supravodivosti.“

Carolina Parra

Carolina Parra (uprostřed), která provedla stanfordský postdoktorandský výzkum, který vedl k těmto fascinujícím výsledkům, nyní vede laboratoř na Federico Santa María Technical University ve Valparaiso v Chile se zaměřením na interdisciplinární výzkum biologických materiálů v nanoměřítku. Nedávno získal grant na nákup a provoz prvního nízkoteplotního skenovacího tunelového mikroskopu v Jižní Americe, který plánuje použít k pokračování této série výzkumu. Půjčka Foto Carolina Parra

2D rybníky vznikly, když vědci pečlivě upravili teplotu – další podmínky na přechodový bod, kde by se supravodič izoloval.

Jejich pozorování úzce souvisí s teorií „vznikající elektronové částice“ supravodičů, kterou vyvinuli kolegové z Nandini, Tripoli, Ohio State University.

„Naše předpovědi byly proti standardnímu paradigmatu supravodičů,“ řekl Trivedi. „Obvykle platí, že čím silnější je supravodič, tím více energie potřebuje k přerušení spojení mezi jeho elektronovými páry supravodičů, což je faktor, který nazýváme energetická mezera. Ale moje skupina předpovídala, že v případě tohoto speciálně narušeného supravodiče bude pravý opak pravdou. Systém by vytvořil vznikající rybníky, kde byla supravodivost silná, ale páry by mohly prorazit s mnohem méně energie, než se očekávalo.

„Bylo vzrušující vidět tyto předpovědi potvrzené měřením STM skupiny Stanford Group.“

Šíření vědy

Výsledky mají praktické důsledky pro vývoj 2D materiálů, uvedl Parran.

„Většina metod výroby 2D materiálů jsou inženýrské přístupy, jako je například pěstování filmů o tloušťce několika atomových vrstev nebo vytváření ostrého rozhraní mezi dvěma materiály, aby se omezil 2D stav,“ řekl. „Toto nabízí další způsob, jak dosáhnout těchto 2D supravodivých stavů. Je to levnější, nepotřebujete luxusní vybavení, které vyžaduje velmi nízké teploty, netrvá to dny ani týdny. Jedinou obtížnou částí je napravit věci. “

Parra v současné době vede laboratoř na Technické univerzitě Federica Santa Marii ve Valparaiso v Chile se zaměřením na mezikurikulární studie biologických materiálů v nanoměřítku. Nedávno získal grant na nákup a provoz prvního nízkoteplotního skenovacího tunelového mikroskopu v Jižní Americe, který plánuje použít k pokračování této série výzkumu.

„Jakmile budu mít toto vybavení v laboratoři,” řekl, „zkombinuji ho s tím, co jsem se naučil v Harryho laboratoři. Použiji ho k tomu, abych naučil další generaci výzkumníků, že budeme pracovat v oblasti nanověd a nanotechnologií.” . “ V Chile. “

Odkaz. 12. dubna 2021 Vědecký bulletin Národní akademie věd,
DOI: 10.1073 / pnas.201781011:

Studie byla financována vědeckou kanceláří DOE.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skladování obnovitelné energie v kamenech místo lithiových baterií

V případě přebytku elektřiny z větru nebo slunce se energetická rezerva nabije. To se děje prostřednictvím systému kompresorů a turbín, které čerpají tepelnou...

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Newsletter

Subscribe to stay updated.