Физики объяснили, почему наноматериал теряет сверхпроводимость — Naked Science
6 минут
Редакция
1

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.

174926_web1
©Wikipedia

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». 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
4 часа назад
10 минут
Мария Азарова

Исследование американских кардиологов показало, что алкоголь практически неминуемо влияет на сердечный ритм, приводя к фибрилляции предсердий. Всего одна порция вина, пива или другого спиртного более чем в шесть раз повысила риск приступа в течение следующих четырех часов.

Вчера, 22:01
5 минут
Мария Азарова

В среднем интернет-пользователь тратит 32 секунды на выполнение задачи CAPTCHA, подсчитали эксперты. Таким образом, в сумме у человечества ежедневно уходит 500 лет на доказательство того, что мы не роботы.

Позавчера, 10:05
2 минуты
Sergei Sobol

Обращаете внимание, какой творческий подход проявляют дизайнеры при создании электрических мотоциклов? Каждый из них уникален своими особенностями, и наш сегодняшний фаворит – концептуальный электрический байк BMW Motorrad – не исключение. Он создан дизайнером из Валенсии Яго Валино (Iago Valino), вдохновившимся кастомными мотоциклами мастерской El Solitario. А эстетика байка навеяна культовыми мотоциклами Ural, в которые советские инженеры добавили собственный взгляд на традиции BMW.

Позавчера, 12:51
39 минут
Александр Березин

В июне 2020 года канадские астрономы рассчитали, что в Млечном Пути может быть пять миллиардов планет, похожих на Землю и вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце. Однако это лишь видимая часть айсберга обитаемых планет. Дело не только в том, что вокруг звезд других типов их больше: и сами условия на экзопланетах в других системах могут быть куда благоприятнее для жизни, чем у нас с вами. Попробуем понять почему.

Позавчера, 10:05
2 минуты
Sergei Sobol

Обращаете внимание, какой творческий подход проявляют дизайнеры при создании электрических мотоциклов? Каждый из них уникален своими особенностями, и наш сегодняшний фаворит – концептуальный электрический байк BMW Motorrad – не исключение. Он создан дизайнером из Валенсии Яго Валино (Iago Valino), вдохновившимся кастомными мотоциклами мастерской El Solitario. А эстетика байка навеяна культовыми мотоциклами Ural, в которые советские инженеры добавили собственный взгляд на традиции BMW.

14 мая
2 минуты
Илья Ведмеденко

Как следует из обнародованных материалов, дальность действия перспективной американской системы гиперзвукового оружия Long Range Hypersonic Weapon превышает 2775 километров.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

24 апреля
9 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали обратную связь всех конечных точек смертности с содержанием омега-3-полиненасыщенных жирных кислот. Согласно их выводам, более высокие уровни некоторых основных ПНЖК в тканях и крови могут снижать вероятность смерти от всех причин в среднем на 13% и в итоге замедлять процесс старения.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

-
0
+
А в чем состоит теория?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: