Физики привыкли думать, что сверхпроводимость — электричество течет без сопротивления или потери — было все или ничего явление. Но новые доказательства свидетельствуют о том, что, по крайней мере, в медных сверхпроводников оксид, это не столь ясна.
Сверхпроводники обладают удивительными свойствами, и в принципе может быть использован для создания линиях передачи без потерь и магнитных поездов, что левитировать над сверхпроводящей дорожки. Но большинство сверхпроводники работают только при температурах, близких к абсолютному нулю. Эта температура, называемая критической температурой, часто всего в несколько градусов Кельвина и требует жидкого гелия, чтобы оставаться холодной, что делает такие сверхпроводники слишком дорого для большинства коммерческих применений. Однако несколько сверхпроводников, имеют гораздо теплее критическая температура ближе к температуре жидкого азота (77к), который является гораздо более доступным.
Многие из этих более высоких температурах сверхпроводников на основе двумерной формы оксида меди.
«Если мы поняли, почему оксид меди сверхпроводника при таких высоких температурах, мы могли бы синтезировать лучше», которая работает ближе к комнатной температуре (293 К), говорит физик Коннектикута Sochnikov Илья.
Sochnikov и его коллеги из Университета Райса, Брукхейвенской национальной лаборатории и Йельского университета недавно выяснили, что часть головоломки, и они сообщают их результаты в 21 августа природы.
Их открытие было о том, как ведут себя электроны в сверхпроводниках оксида меди. Электроны являются частицами, которые несут электрический заряд через нашей повседневной электроники. Когда пучок электронов потока в том же направлении, мы называем электрическим током. В обычной электрической цепи, говорят, что проводка в вашем доме, электроны отбойник и толкаются друг с другом и окружающими атомами, как они текут. Это потеря энергии, которая покидает цепи в виде тепла. На дальние расстояния, это впустую энергии действительно может добавить вверх: дальние линии электропередачи в США теряют в среднем 5% своей электроэнергии до потребителя, по данным Управления энергетической информации.
Но в сверхпроводника ниже критической температуры, электроны ведут себя совершенно по-разному. Вместо ухабов и толкаясь, они в паре и двигаться синхронно с другими электронами в некую волну. Если электроны в нормальном тока прет, нескоординированных моб, электроны в сверхпроводнике, как танцуют пары, скользя по полу, как люди в бальном зале. Это трение-свободный танец — когерентное движение — спаренных электронов, что делает сверхпроводник, что это такое.
Электроны так счастливы в пар в сверхпроводнике, что это занимает определенное количество энергии, чтобы их разнимать. Физики могут измерить эту энергию с эксперимент, который измеряет, насколько большое напряжение требуется, чтобы оторвать электрон от своего партнера. Они называют это нехватка энергии. Энергетическая щель исчезает при повышении температуры выше критической температуры сверхпроводника переходит в обычный материал. Предполагается физиков это потому, что пар электрон распались. И в классическом, низкотемпературные сверхпроводники, это довольно ясно, что что-то происходит.
Но Sochnikov и его коллеги хотели знать, было ли это действительно верно для оксидов меди. Оксиды меди ведут себя немного иначе, чем в классических сверхпроводниках. Даже когда температура поднимается выше критического уровня, дефицит энергии сохраняется некоторое время, постепенно уменьшается. Это может быть ключ к пониманию того, что делает их разными.
Исследователи создали версию разрыв эксперимента энергии, чтобы проверить это. Они сделали точные сандвич из двух ломтиков оксид меди сверхпроводника, разделенных тонким заполнение электроизолятором. Каждый кусочек был всего в несколько нанометров толщиной. Затем исследователи применили напряжение между ними. Электроны начали тоннеля от одного кусочек окиси меди к другому, создавая ток.
При измерении шума в том, что нынешние исследователи обнаружили, что значительное число электронов, казалось, туннелирование в паре, а не поодиночке, даже выше критической температуры. Только около половины электроны туннелировали в пар, и эта цифра упала, а поднялась температура, но он остановился только постепенно.
«Как-то они выживают,» Sochnikov говорит, «они не полностью разорвать.» Он и его коллеги до сих пор не уверена в том, что в паре Штатов возникновения высокотемпературной сверхпроводимости, или конкурирующие государства, что сверхпроводник должен победить, так как температура падает. Но в любом случае, их открытие ставит ограничение на высокотемпературных сверхпроводников произошло.
«Наши результаты имеют большое значение для основной физика конденсированных сред теория», — говорит соавтор Иван Божович, руководитель группы оксида молекулярно-лучевой эпитаксии группы в физике конденсированных сред и материаловедения отдела Департамента энергетики США в Брукхейвенской национальной лаборатории и профессор прикладной физики в Йельском университете. Sochnikov соглашается.
«Есть тысячи теорий о медных сверхпроводников азота. Такая работа позволяет свести к гораздо меньший бассейн. По сути, наши результаты говорят, что любая теория должна сдать квалификационный экзамен в объяснении наблюдаемых пар электронов,» Sochnikov говорит. Он и его коллеги по Коннектикута, рисом университета и Брукхейвенской национальной лаборатории планируют решить остающиеся открытыми вопросы по разработке еще более точным материалов и экспериментов.
Научно-исследовательской работы в Университет Коннектикута был профинансирован штата Коннектикут с помощью лабораторных средств запуска.
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!