В течение многих лет, физики предположили, что куперовские пары, электрон дуэтов, которые позволяют сверхпроводников проводить электричество без сопротивления, были две-трик пони. Пары либо скользить свободно, создавая сверхпроводящее состояние, или создать изолирующий государства сжимая в материал, не может двигаться вообще.
Но в новой работе, опубликованной в журнале Science, группа исследователей показал, что куперовские пары также могут проводить электричество с некоторым количеством сопротивления, как обычные металлы. Полученные результаты описывают совершенно новое состояние материи, ученые говорят, что требуется новое теоретическое объяснение.
«Там были доказательства, что это металлическое состояние возникает в тонкопленочных сверхпроводников, как они остыли к их температуры перехода в сверхпроводящую фазу, но можно ли считать, что государство участвует куперовские пары остался открытым вопрос», — сказал Джим Вальес, профессор физики в Университете Брауна и исследования автора. «Мы разработали метод, который позволит нам проверить этот вопрос и мы показали, что, действительно, куперовские пары несут ответственность за транспортировку заряда в металлическом состоянии. Интересно, что никто точно не знает, на фундаментальном уровне, как они это делают, так что потребуются некоторые теоретические и экспериментальные работы, чтобы точно понять, что происходит».
Куперовские пары названы по имени Леона Купера, профессора физики в коричневый, который получил Нобелевскую премию в 1972 году для описания их роль в создании сверхпроводимости. Сопротивление создается, когда электроны болтаются в атомной решетке материала, как они двигаются. Но когда электроны объединяются, чтобы стать куперовских пар, они претерпевают значительные изменения. Электроны сами по себе являются фермионами, частицы, которые подчиняются принципу запрета Паули, который означает, что каждый электрон стремится сохранить свое собственное квантовое состояние. Куперовские пары, однако, вести себя как бозоны, которые с радостью разделяют те же государства. Что бозонные поведение позволяет куперовских пар, чтобы координировать свои движения с другими наборами куперовских пар таким образом уменьшает сопротивление к нулю.
В 2007 году Вальес, работающих с коричневыми инженерии и профессор физики Джимми Шу, показал, что куперовские пары могут также производить изолируя государств, а также сверхпроводимость. В очень тонких материалов, а не двигаться в концерте, пары, заговор чтобы остаться на месте, севший на крошечные острова в материале и не в силах перепрыгнуть на следующий островок.
Для этого нового исследования, Валлес, Сюй и его коллеги в Китае искали куперовских пар в сверхпроводящем металлическом состоянии, используя технику, подобную той, что показал куперовских пар изоляторов. Методика предполагает создание тонкой пленки сверхпроводника, в данном случае высокотемпературного сверхпроводника иттрий-барий-медный оксид (YBCO) — с массивами крошечные отверстия. Когда материал имеет ток, протекающий через него и подвергается воздействию магнитного поля, носители заряда в материале будет вращаться вокруг дыры, как вода вокруг слива.
«Мы можем измерить частоту, с которой эти заряды круг», — сказал Вальес. «В этом случае, мы обнаружили, что частота соответствует существовании двух электронов происходит вокруг в то время, вместо одного. Поэтому можно сделать вывод, что носители заряда в этом состоянии куперовские пары, а не отдельные электроны».
Идея о том, что бозон-как куперовских пар несете ответственность за это металлическое состояние является чем-то удивить, говорят исследователи, потому что есть элементы квантовой теории предполагают, что это не должно быть возможно. Так что понимание всего, что происходит в этом состоянии может привести к некоторым интересным новая физика, но потребуются дополнительные исследования.
К счастью, говорят исследователи, тот факт, что этот феномен был обнаружен в высокотемпературный сверхпроводник сделает будущие исследования более практичными. Сверхпроводящих YBCO начинается около -181 градусов по Цельсию, а металлические фазы начинается при температурах несколько выше, что. Это довольно холодно, но гораздо теплее, чем в других сверхпроводников, которые действуют на уровне чуть выше абсолютного нуля. Что более высокие температуры делает его проще в использовании спектроскопии и других методов, направленных на лучше понять, что происходит в этой металлической фазы.
Вниз по дороге, говорят исследователи, это может быть возможным, чтобы использовать этот бозонные состояния металла для новых типов электронных устройств.
«Дело о бозонов является то, что они стремятся быть в волнообразном состоянии, чем электроны, поэтому говорить о них, имея фазы и создавая помехи так же, как свет», — сказал Вальес. «Так что может быть новые методы для движущегося заряда в устройствах, играя с натягом между бозонами».
Но сейчас ученые с радостью обнаружили новое состояние материи.
«Наука построена на открытиях», — сказал Сюй, «и это здорово, что обнаружил нечто совершенно новое.»
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!