Более пристальный взгляд на сверхпроводниках

От устойчивой энергетики для квантовых компьютеров: высокотемпературные сверхпроводники имеют потенциал революционизировать современных технологий. Несмотря на интенсивные исследования, однако по-прежнему отсутствуют необходимые базовые знания для разработки этих сложных материалов для широкого применения. «Бозона спектроскопия» может привести к переломным, так как он показывает динамику пары электронов в сверхпроводниках.

Международный исследовательский консорциум вокруг Гельмгольц-Центрум Дрезден-Rossendorf (HZDR) и Институте Макса Планка по твердым государственным научно-исследовательским (МПИ-ФКФ) представляет новый метод измерения в журнале Nature связи. Примечательно, что динамика также выявить типичные предвестники сверхпроводимости даже выше критической температуры, при которой материалы исследованы достичь сверхпроводимости.

Сверхпроводники транспорта электрический ток без потери энергии. Используя их можно значительно уменьшить наши потребности в энергии, если бы не тот факт, что сверхпроводимость при температуре от -140 градусов по Цельсию и ниже. Поверните материалов только с их сверхпроводимостью ниже этой точки. Все известные сверхпроводники требуют сложных методов охлаждения, что делает их непрактичными для повседневного использования. Есть надежды на прогресс в высокотемпературных сверхпроводников, таких как купраты — инновационные материалы на основе оксида меди. Проблема в том, что несмотря на многие годы исследований, их точный режим работы остается неясным. Хиггс спектроскопии может изменить это.

Хиггс спектроскопии позволяет по-новому взглянуть на высокотемпературной сверхпроводимости

«Бозона спектроскопии предлагает нам совершенно новый ‘увеличительное стекло’ для изучения физических процессов», д-р Ян-Кристоф Deinert отчета. Научный сотрудник Института HZDR радиационной физики работает по новому методу, наряду с коллегами из ЛПУ-ФКФ, университетов Штутгарта и Токио, и других международных научно-исследовательских институтов. Какие ученые больше всего заинтересованы, чтобы выяснить, как электроны образуют пары в высокотемпературных сверхпроводниках.

В сверхпроводимости, электроны объединяются, чтобы создать «куперовских пар», которая позволяет им двигаться через материал в пар без какого-либо взаимодействия с окружающей средой. Но то, что делает двух электронов пары, когда их стоимость на самом деле заставляет их отталкиваться друг от друга? Для обычных сверхпроводников, есть физиологическое объяснение: «электроны пары из-за колебания кристаллической решетки», — объясняет профессор Стефан Кайзер, один из главных авторов исследования, который исследует динамику сверхпроводников на МПИ-ФКФ и Университета Штутгарта. Один электрон искажает кристаллическую решетку, которая потом притягивает второй электрон. Для купратов, однако до сих пор неясно, какой механизм действует в месте колебания решетки. «Одна из гипотез состоит в том, что сопряжение в связи с колебаниями спинов, т. е. магнитные взаимодействия», — объясняет Кайзер. «Но ключевой вопрос: Может ли их влияние на сверхпроводимости и, в частности, на свойства куперовских пар быть измерены непосредственно?»

На данный момент «бозон колебания» введите этапа: в физике высоких энергий, они объяснить, почему элементарные частицы имеют массу. Но они также возникают в сверхпроводниках, где они могут быть возбуждаемой мощными лазерными импульсами. Они представляют собой осцилляции параметра порядка — мера материала сверхпроводящего состояния, другими словами, плотность куперовских пар. Это что касается теории. Первое экспериментальное доказательство удалось несколько лет назад, когда исследователи из Университета Токио использовала ультракороткого импульса света для возбуждения колебаний Хиггса в обычных сверхпроводниках — настраивается так же, как маятник в движении. Для высокотемпературных сверхпроводников, однако, такой одноразовый импульса недостаточно, так как система слишком сильно затухают в результате взаимодействия между сверхпроводящем и несверхпроводящем электронов и сложной симметрии параметра порядка.

Терагерцового источника света держит колебательной системы

Благодаря Хиггса спектроскопии, научно-исследовательский консорциум по МПИ-ФКФ и HZDR в настоящее время достигла экспериментальный прорыв для высокотемпературных сверхпроводников. Их фишка в том, чтобы использовать мульти-циклическая, очень сильный терагерцового импульса, который оптимально настроен на колебания Хиггса и могут поддерживать ее, несмотря на коэффициенты демпфирования — непрерывно подталкивая метафорический маятник. С высокой производительности терагерцового источника света TELBE в HZDR, исследователи смогли отправить 100,000 таких импульсов через образцы в секунду. «Наш источник не имеет аналогов в мире, благодаря своей высокой интенсивности в терагерцовом диапазоне в сочетании с очень высокой частотой повторения,» Deinert объясняет. «Теперь мы можем выборочно езды бозон колебания и измерить их очень точно.»

Этот успех объясняется тесное сотрудничество между теоретическими и экспериментальными ученые. Идея рождалась в МПИ-ФКФ; эксперимент был проведен TELBE команда, возглавляемая доктором Яном-Кристофом Deinert и доктор Сергей Ковалев в HZDR под затем руководитель группы профессор Майкл Gensch, который в настоящее время исследования по германским аэрокосмическим центром и ту Берлин: «эксперименты имеют особое значение для научного применения крупномасштабных исследовательских установок в целом. Они свидетельствуют о том, что высокомощный источник терагерцового таких как TELBE может обрабатывать комплексное исследование с использованием нелинейных терагерцовой спектроскопии на сложной серии образцов, таких как купраты».

Именно поэтому исследовательская группа ожидает, что высокий спрос в будущем: «бозон-спектроскопии как методологический подход открывает совершенно новые возможности», — объясняет д-р Хао Чу, ведущий автор исследования и работая в Макс Планк-УБК-UTokyo Центра квантовых материалов. «Это отправная точка для серии экспериментов, которые позволят обеспечить новые проницательности в этих сложных материалов. Теперь мы можем занять очень системный подход».

Чуть выше критической температуры: откуда берется сверхпроводимость начать?

Проведение нескольких серий измерений, исследователи впервые доказали, что их метод работает для типичного купратов. Ниже критической температуры, исследовательская группа не только смогла возбудить колебания Хиггса, но и доказали, что новый, ранее не замеченный возбуждения взаимодействует с парами меди’ бозон колебания. Дальнейшие эксперименты должны показать, насколько эти взаимодействия магнитных взаимодействий, как это горячо обсуждается в экспертных кругах. Кроме того, исследователи увидели признаки того, что куперовские пары могут образовываться выше критической температуры, хотя и без колебаний вместе. Другие методы измерения ранее предполагал возможность такого формирования раннего пара. Хиггс спектроскопии может поддержать эту гипотезу и выяснить, когда и как пар форма и что заставляет их колебаться вместе в сверхпроводнике.

сделать разницу: спонсорские возможности