Физики объяснили, почему наноматериал теряет сверхпроводимость
Сверхпроводимость была открыта в 1911 году, но ее свойства и характеристики до сих пор не изучены в полной мере. Новое исследование на примере нанопроводов помогает понять, каким образом этот феномен теряется.
Проблема поддержания низких температур напитков жарким летом — классический урок по фазовым переходам. Их надо изучить, нагреть субстанцию и наблюдать за изменением ее свойств. При достижении так называемой критической точки добавьте воды или тепла — и наблюдайте за тем, как субстанция превратится в газ (либо пар).
А теперь представьте, что вы охладили все до очень низких температур — настолько, что пропали все термические эффекты. Добро пожаловать в квантовую реальность, где давление и магнитные поля никак не влияют на появление новых фаз! Этот феномен называется квантовым фазовым переходом. В отличие от обычного перехода, квантовый формирует абсолютно новые свойства, такие как сверхпроводимость (в некоторых материалах).
Если вы примените напряжение к сверхпроводящему металлу, электроны будут путешествовать через материал без сопротивления, а электрический ток будет течь бесконечно, без замедления или выделения тепла. Некоторые металлы становятся сверхпроводящими при высоких температурах, что важно в случае электропередач и при обработке данных, основанных на сверхпроводниках. Ученые открыли этот феномен 100 лет назад, но сам механизм сверхпроводимости остается загадкой, так как большинство материалов слишком сложные для того, чтобы понять физику квантового фазового перехода в деталях. Так что лучшая стратегия в этом случае — сосредоточиться на изучении менее сложных модельных систем.
Физики из Университета Юты обнаружили, что сверхпроводящие нанопровода, сделанные из молибденового германиевого сплава, проходят квантовые фазовые переходы от состояния сверхпроводимости до состояния обычного металла, если их поместить в обычное магнитное поле при низких температурах. Это исследование впервые выявило микроскопический процесс, при котором материал теряет свою сверхпроводимость: магнитное поле разбивает пары электронов — куперовские пары, взаимодействующие с другими такими же парами, — и они испытывают демпфирующую силу от непарных электронов, находящихся в системе.
Исследование детально описано в критической теории, предложенной Адрианом Дель Маэстро, доцентом Вермонтского университета. Теория точно описала, как эволюция сверхпроводимости зависит от критической температуры, величины магнитного поля и ориентации, площади поперечного сечения нанопровода и микроскопических характеристик материала, из которого он изготовлен. Это первый случай в области сверхпроводимости, когда все детали квантового фазового перехода предсказаны теорией, подтвержденной на реальных объектах в лаборатории.
«Квантовые фазовые переходы могут звучать очень экзотично, но они наблюдаются во многих системах — от центров звезд до атомных ядер, а также от магнитов до изоляторов, — говорит Андрей Рогачев, доцент Университета Юты и ведущий автор исследования. — Поняв квантовые колебания в этой более простой системе, мы можем говорить о каждой детали микроскопического процесса и применять его к более сложным объектам».
Telegram 
Дзен 
VK Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
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