10.07.2018
Редакция Naked Science
1
373

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.
Позавчера, 13:04
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

Вчера, 16:05
Александр Березин

Океаны на нашей планете не могли возникнуть сразу после ее появления: здесь было слишком жарко. Однако попытки объяснить их «кометным завозом» не удались, изотопный состав нашей воды не такой, как в кометах. До самых недавних пор оставалось неясным, откуда же тогда она появилась, сделав возможной земную жизнь?

Вчера, 11:30
Алиса Гаджиева

Новое исследование не только определило годы жизни неолитической представительницы нашего вида, но и показало, как она выглядела.

Позавчера, 13:04
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

23 января
Илья Ведмеденко

(16) Психея – одно из самых необычных небесных тел в Поясе астероидов. Она может дать людям не только понимание о происхождении планет, но и невероятные по своим объемам ресурсы. Правда, придется подождать: миссия по исследованию астероида находится лишь в самом начале долгого и сложного пути.

21 января
Илья Ведмеденко

Заслуженные штурмовики A-10 и Су-25, которым дали прозвища «Бородавочник » и «Грач» соответственно, много десятилетий стоят на службе в Соединенных Штатах и России. Страны избрали разные подходы к модернизации этих самолетов, и сегодня Naked Science постарается понять, какой из них больше соответствует требованиям XXI века.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

20 января
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

-
0
+
А в чем состоит теория?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: