Открытие, что долго ускользала от физиков был обнаружен в лаборатории в Принстоне. Группа физиков обнаружены сверхпроводящие токи — поток электронов без потерь энергии-вдоль наружного края сверхпроводникового материала. Находка была опубликована в 1 мая в выпуске журнала Science.
Сверхпроводник, что исследователи изучали также топологических полу-металл, материал, который приходит со своими необычными электронными свойствами. Вывод напрашивается способов открыть новую эру «топологическая сверхпроводимость», которые могут иметь значение для квантовых вычислений.
«К нашему знанию, это первое наблюдение ребро сверхпроводимости в любой сверхпроводник», — сказал Най Phuan Онг, Евгений профессор Принстонского Хиггинс физики и старший автор на изучении.
«Наш вопрос был, что происходит, когда внутренняя часть материала не является изолятором, но сверхпроводником?» Сказал Онг. «Какие появляются новые функции, когда сверхпроводимость возникает в топологических материал?»
Хотя обычных сверхпроводников уже имеют широкое использование в магнитно-резонансной томографии (МРТ) и междугородных линий передачи, Новые типы сверхпроводимости может раскрыть способность двигаться за пределы наших привычных технологий.
Исследователи из Принстонского и других странах изучают связь между сверхпроводимостью и топологические изоляторы — материалы которого нонконформистского электронных поведения были предметом Нобелевскую премию 2016 по физике за Ф. Дункан Холдейн, Принстона Шерман Фэйрчайлд университет профессором физики.
Топологические изоляторы-это кристаллы, которые имеют внутреннее изолирующей и проводящей поверхности, как печеньки, завернутые в фольгу. При проведении материалов, электроны могут прыгать от атома к атому, позволяя электрический ток. Диэлектрики-это материалы, в которых электроны застряли и не могут двигаться. Еще любопытно, что топологические изоляторы позволяют движение электронов на их поверхности, но не в их интерьер.
Для изучения сверхпроводимости в топологических материалов, исследователи обратились к кристаллического материала под названием молибден ditelluride, который обладает топологическими свойствами, а также является сверхпроводником, когда температура опускается ниже холодный 100 милликельвин, что -459 градусов по Фаренгейту.
«Большинство экспериментов, которые проводились до сих пор участвует пытаясь вложил в топологической сверхпроводимости материалов, поставив один материал в непосредственной близости от другого», — сказал Стефан Ким, аспирант в области электротехники, которые провели множество экспериментов. «Чем отличается о наших измерений мы не впрыснуть сверхпроводимости и все же мы сумели показать подписями пограничных государств».
Команда вначале выращивали кристаллы в лаборатории, а затем охлаждают их до температуры, при которой возникает сверхпроводимость. Затем они применяются слабое магнитное поле при измерении тока через кристалл. Они отметили, что величина критического тока отображает колебания, которые появляются как пилообразный рисунок, а магнитное поле возрастает.
Обе высоты колебаний и частота колебаний вяжется с предсказаниями как эти колебания возникают из квантового поведения электронов ограничивается края материалов.
Исследователи давно установили, что сверхпроводимость возникает, когда электроны, которые обычно передвигаются хаотично, привязать на двойки образуют куперовские пары, которые в каком-то смысле танцевать в одном ритме. «Грубая аналогия-это миллиард пар выполняющий те же плотно сценарию хореографии», — сказал Онг.
Сценарий электроны следующие называется функция сверхпроводника волны, которые можно рассматривать примерно как лента растягивается по длине сверхпроводящей проволоки, говорит Онг. Небольшой поворот волновой функции заставляет всех куперовских пар в длинный провод, чтобы двигаться с той же скоростью, как «сверхтекучей», другими словами ведет себя как одно семейство, а не как отдельные частицы — которая течет без получения отопления.
Если нет изгибов вдоль ленты, сказал Онг, все куперовские пары находятся в неподвижном состоянии и не протекает ток. Если исследователи не подвергайте сверхпроводник в слабом магнитном поле, это вносит дополнительный вклад в круговерти, что исследователи называют магнитный поток, который, для очень мелких частиц, таких как электроны, следует правилам квантовой механики.
Исследователи предполагали, что эти два источника, чтобы количество изгибов, сверхтекучей скорости и магнитного потока, работать вместе, чтобы поддерживать количество поворотов как точное целое число, целое число, например 2, 3 или 4, а не 3.2 или 3.7. Они предсказывали, что по мере увеличения магнитного потока плавно, скорость сверхтекучего увеличится в пилообразный узор как сверхтекучая скорость регулирует отменить дополнительную .2 или .3 добавить, чтобы получить точное число поворотов.
Исследователи измерили сверхтекучий ток, так как они разнообразны, магнитный поток и обнаружил, что действительно пилообразный узор был виден.
В молибден ditelluride и других так называемых полуметаллов Вейля, этот Купер-спаривание электронов в объеме видимому, вызывает похожие сопряжения по краям.
Исследователи отметили, что причина, по краю сверхпроводимости остается независимым объемной сверхпроводимости в настоящее время не вполне понятны. Онг сравнил электронов, движущихся коллективно, также называемые конденсаты, чтобы лужи жидкости.
«От классических ожидания, можно было бы ожидать две жидкости лужи, которые находятся в непосредственном соприкосновении сливаются в одну», — сказал Онг. «Тем не менее, эксперимент показывает, что край конденсаты по-прежнему отличаются от того, что в объеме кристалла».
Исследовательская группа считает, что механизм, который держит двух конденсатов от смешения является топологической защиты унаследованных от охраняемых краевых состояний в молибденовый ditelluride. Группа надеется применить тот же экспериментальный метод для поиска края сверхтоков в других нетрадиционных сверхпроводников.
«Есть, вероятно, десятки их там», — сказал Онг.
Финансирование данного исследования была предоставлена научно-исследовательским управлением армии США, министерства энергетики США, Национального научного фонда и Фонда Гордона и Бетти Мур.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!