Исследование проливает свет на нормальный своеобразные » фазы высокотемпературных сверхпроводников

Каждый персонаж имеет свою предысторию, а так вообще высокотемпературных сверхпроводников, которые проводят электрический ток без потерь при намного более высоких температурах, чем ученые когда-то считали возможным. Чтобы выяснить, как они работают, исследователи должны понимать их «нормальном» состоянии, которое приводит к сверхпроводимости, когда материал охлаждается ниже критической температуры перехода и плотность сыпучих электронов изменена в процессе, известном как «допинг.»

Даже в своем нормальном состоянии, эти материалы довольно своеобразно. Итак, эксперимент по национальной лабораторией Министерства энергетики ускорителе SLAC ускоритель исследовал нормальное состояние более точно, чем когда-либо прежде, и обнаружен резкий сдвиг в поведении электронов, в котором они вдруг брошу свою индивидуальность и вести себя как электрон суп.

Исследовательская группа из ускорителе SLAC и Стэнфордского университета описал результаты в науке.

«Ненормальность этого нормального государства есть подозрения, что причина, почему эти сверхпроводники являются сверхпроводниками такие хорошие», — говорит Дирк ван дер Марел, исследователь из Женевского университета, который не принимал участия в исследовании.

«Это исследование существенно скинули очень популярной и горячо обсуждаемой теории, называемой квантовой критической точки теории, что, как полагают, лежат в основе сверхпроводимости не только в материальном, но и в другие материалы, а также. Это разрушительно, но это шаг вперед, потому что он освобождает наши умы, чтобы исследовать другие идеи.»

Исследуя известный купрат

Исследование проводилось на соединение под названием Bi2212, один из наиболее тщательно изученных высокотемпературных сверхпроводников. Как оксид меди, или купрат, это часть семейства соединений, где высокотемпературной сверхпроводимости было впервые обнаружено более 30 лет назад.

Ученые по всему миру работали с тех пор, чтобы понять, как эти материалы с целью найти сверхпроводники, которые работают при близких к комнатной температуры для приложений, как совершенно эффективными линий электропередач.

Одним из самых важных инструментов для изучения этих материалов является угловым разрешением фотоэмиссионной спектроскопии (АРПЭС). Он использует свет-в этом случае луч ультрафиолетовой лампы от ускорителе SLAC в Стэнфорде синхротронного излучения источник света (препараты) — чтобы выгнать из вещества электроны и измерения их энергии и импульса. Это показывает, как электроны внутри материала ведут себя, что, в свою очередь, определяет его свойства.

В сверхпроводимости, например, электроны преодолевают взаимное отталкивание и образуют нечто вроде коллективного суп, в котором они могут на пары и обтекания препятствия без потери энергии.

Расстроен электронов

Предыдущих поколений так называемых «обычных» сверхпроводников, которые работают только при чрезвычайно низких температурах, обычные металлы в их нормальном состоянии, когда их электроны действовать самостоятельно, так как они в большинстве материалов.

Но в купратах картина совсем другая. Даже в их нормальном, несверхпроводящем состоянии, электроны, кажется, признают друг друга и действовать сообща, как если бы они тянули друг друга вокруг, в то, что известно как «странного металла» и даже «бессвязные странные металлические» поведения.

«Таким образом, вы можете думать об этих электронов как был расстроен», — сказал Чжи-Шэнь Сюнь, профессор Стэнфордского и ускорителе SLAC и следователь с Стэнфордского института материалов и энергетических наук (Саймс) на ускорителе SLAC, который возглавлял исследование. «Другими словами, электроны как-то потерял свою индивидуальность и стать частью супа. Это действительно интересные, сложные государства, чтобы описать в теоретической стороны».

Это было тяжело для знакомства с этими очаровательными нормальных государствах при теплых температурах, где они происходят, — сказал Су-Ди Чен, выпускник Стэнфорда студент, который выполнил эксперименты в ускорителе SLAC научный сотрудник Ю. Он, Стэнфорд постдок июня-Фэн Хэ и препараты ученый Макото Хасимото. Теоретическая часть исследования на ускорителе SLAC возглавил Саймс директор Томас Деверо.

Удивительно резкая граница

В АРПЭС опыты, пробы, как правило, помещают в холодную среду внутри вакуумной камере, чтобы свести к минимуму загрязнение поверхности, Чэнь сказал: «но даже если вы поместите их в ультра-высокого вакуума, остаточного газа молекулы могут еще прикрепить к поверхности образца и влияют на качество измерений. Эта проблема становится еще хуже, когда вы тепло окружающей среды вокруг образца до температур, где в нормальных государствах существует».

Чтобы обойти это, — сказал Хасимото, команда нашла способ, чтобы нагреть образец, который размером с кончик шариковой ручки, при нагревании только часть установки, которая держит его, сохраняя все остальное холодное. Это позволило им изучить поведение электронов при различных температурах и уровнях легирования.

«Мы увидели, что по мере увеличения уровня легирования, существует очень четкая граница», — сказал Хасимото. «С одной стороны электроны заклинило, или расстроен. Затем, как добавил больше электронов, они вдруг начинают двигаться плавно, указывает на то, что материал обычный металл. Этот переход был известен произошло, но то, что он был настолько острым был настоящий сюрприз.»

Вызов для теории

Результаты представляют собой вызов для теоретиков, которые до сих пор пытаются объяснить, как высокотемпературные сверхпроводники работы, сказал бумажный соавтор января Заанен получил огнестрельное физик-теоретик в университете города Лейден в Нидерландах.

Текущая теория предсказывает, что, поскольку изменения в природе Bi2212 постепенно на очень низком уровне, сверхпроводящих температур, они также должны быть постепенными при более высоких температурах, когда материал находится в нормальном состоянии, сказал он. Вместо высокой температуры меняется скачком, как что происходит, когда кастрюлю с водой начинает кипеть: вы можете посмотреть любой воды или пузырьков пара в пылающих горшка, но ничего между ними.

«Есть немало оснований полагать, что странный металл в нормальном состоянии может быть примером густо опутали вопрос», — сказал Заанен получил огнестрельное. «Запутанность-это свойство квантового мира, что резко отличает его от всего классического. У нас нет теоретических машины, это могут быть классические компьютеры или математики, чтобы описать это!

«Но квантовые компьютеры предназначены для обработки таких густо перепутанные вещи», — сказал он. «Моя мечта заключается в том, что эти результаты в конечном итоге приземлиться на верхней части списка эталонных задач для квантовых вычислений сообщества, чтобы решить».

сделать разницу: спонсорские возможности