Физики впервые смогли увидеть квантовый процесс в сверхпроводнике, который искали 30 лет
Ученые напрямую визуализировали квантовые структуры, которые лежат в основе высокотемпературной сверхпроводимости. Эксперимент восполнил давний пробел между поведением одиночных частиц и возникновением сверхпроводящего тока, показав, как изолированные электронные «дырки» внутри кристалла объединяются в квазиодномерные молекулы.
Сверхпроводники — это материалы, способные пропускать электричество без сопротивления и потерь энергии. Обычные сверхпроводники работают только при температурах, близких к абсолютному нулю. Однако существуют материалы, например купраты (соединения на основе оксида меди), которые становятся сверхпроводниками при гораздо более высоких температурах. Создание единой теории этого явления остается одной из нерешенных задач физики твердого тела.
Ученые десятилетиями пытались понять, как именно купрат перестает быть изолятором и начинает проводить ток. Этот процесс запускается при добавлении в структуру материала «дырок» — пустых мест, где отсутствует электрон. Еще в конце 1980-х годов теоретики предсказали, что такая дырка должна образовывать прочную квантовую связь с соседним атомом меди. Эту структуру назвали синглетом Чжана — Райса, и она оставалась исключительно математическим конструктом.
Команда китайских физиков решила изучить именно этот переходный процесс. Результаты своей работы они опубликовали в журнале Nature Physics.
Ученые выбрали для исследования кристалл на основе меди, кальция, кислорода и хлора (CCOC). Этот материал имеет очень простую и чистую структуру поверхности, идеально подходящую для сканирующей туннельной микроскопии.
Исследователи шаг за шагом заменяли атомы кальция на атомы натрия, тем самым внедряя в кристалл дырки. На каждом этапе сканировали поверхность с атомарным разрешением при температурах от –268 до –196 °С.
Измерения показали, что изолированная дырка действительно формирует четырехлопастную структуру в форме клевера — тот самый синглет Чжана — Райса. Авторы научной работы впервые получили экспериментальное подтверждение этой теоретической модели в реальном пространстве.
По мере роста концентрации натрия ученые обнаружили новый эффект. Синглеты не просто скапливались в кристалле, а начинали спонтанно объединяться, формируя протяженные структуры. Физики назвали их «электронными молекулами».
В микроскоп эти молекулы выглядели как четкие полосы и лесенки. Дальнейшее добавление дырок приводило к тому, что полосы плотно упаковывались в узор, напоминающий шахматную доску. Именно в этот момент в материале возникали условия для сверхпроводимости.
Авторы исследования подчеркнули, что их модель «электронных молекул» хорошо описывает локальную картину. Но для создания полной теории высокотемпературной сверхпроводимости потребуются дальнейшие проверки с помощью других спектроскопических методов.
В итоге ученые запечатлели недостающее звено в физике купратов. Они показали, как добавленные заряды самоорганизуются в сложные молекулярные структуры, которые становятся каркасом для сверхпроводимости. В будущем это поможет физикам понять квантовый механизм явления и синтезировать материалы, проводящие ток при еще более высоких температурах.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые из МФТИ и ИППИ РАН выяснили, что у квантовых полей вблизи черных дыр (или ускоренно расширяющейся Вселенной) есть «порог нагрева». До этого порога чем выше температура, тем быстрее поле «забывает» свое прошлое. А выше порога нагрев уже не помогает: скорость забывания становится постоянной и определяется не температурой, а самой формой пространства (например, размером горизонта).
Исследователи из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН определили, при каких условиях квазиклассические модели водородной плазмы начинают давать нефизичные результаты. Ученые показали, что при достаточно сильном взаимодействии частиц такие модели перестают правильно учитывать квантовые эффекты, связанные с принципом Паули. В результате в расчетах возникают нефизичные электрон-ионные кластеры, а моделируемая система теряет устойчивость.
Почему один человек легко заводит друзей, а другой предпочитает держаться в стороне? Откуда берется привычка все планировать? Почему некоторые люди сомневаются в себе? Международный коллектив ученых проанализировал данные о геномах миллиона человек и выявил 1260 независимых генетических вариантов, связанных с основными пятью чертами личности человека. Результаты исследования показали, что на индивидуальные особенности личности влияет не только воспитание, опыт и окружающая среда, но также гены.
Группа российских исследователей, в которую вошли океанологи Санкт-Петербургского университета, выявила существование ранее неизвестных механизмов распространения «волн Россби». В ходе работы им удалось зафиксировать точки, где перенос энергии прекращается, а траектории движения воды претерпевают изменения. Дополнительно ученые обнаружили асимметрию в динамике волновых процессов, зарождающихся у западных и восточных прибрежных течений.
Мумии сохраняют следы не только болезней и травм, но и самих процедур, которым подвергали тела после смерти. Компьютерная томография головы мумии, много десятилетий пролежавшей в музее, раскрыла не совсем привычный способ извлечения мозга и другие детали бальзамирования.
Инженеры компании HONOR выпустили смартфон с кремний-углеродной батареей на 7000 миллиампер-часов, сохранив толщину устройства в пределах 7,8 миллиметра. Разработка доказала, что переход на кремниевые аноды окончательно решил проблему громоздких аккумуляторов высокой емкости.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии