A szupravezetést 1911-ben fedezték fel, de tulajdonságait és jellemzőit még nem vizsgálták teljes körűen. A nanohuzalokkal kapcsolatos új kutatások segítenek megérteni, hogyan veszik el ez a jelenség.
A forró nyáron az italok hidegen tartásának problémája klasszikus fázisváltási lecke. Tanulmányozni kell őket, az anyagot fel kell melegíteni és figyelni kell a tulajdonságainak változását. Amikor elérte az úgynevezett kritikus pontot, adjon hozzá vizet vagy hőt - és figyelje, hogyan alakul az anyag gázzá (vagy gőzzé).
Most képzelje el, hogy mindent nagyon alacsony hőmérsékletre hűtött le - annyira, hogy minden hőhatás megszűnik. Üdvözöljük a kvantum valóságban, ahol a nyomás és a mágneses mezők semmilyen módon nem befolyásolják az új fázisok megjelenését! Ezt a jelenséget kvantumfázis-átmenetnek nevezzük. A hagyományos átmenettel ellentétben a kvantumátmenet teljesen új tulajdonságokat képez, például szupravezetést (egyes anyagokban).
Ha feszültséget alkalmaz egy szupravezető fémre, az elektronok ellenállás nélkül haladnak át az anyagon, és az elektromos áram a végtelenségig áramlik, anélkül, hogy lelassulna vagy hő keletkezne. Néhány fém magas hőmérsékleten szupravezetővé válik, ami fontos a szupravezetőkön alapuló erőátvitel és adatfeldolgozás esetén. A tudósok 100 évvel ezelőtt fedezték fel ezt a jelenséget, de maga a szupravezetés mechanizmusa rejtély marad, mivel a legtöbb anyag túl bonyolult ahhoz, hogy részletesen megértsük a kvantumfázis-átmenet fizikáját. Tehát a legjobb stratégia ebben az esetben az, hogy kevésbé összetett modellrendszerek megismerésére összpontosítson.
Az Utah-i Egyetem fizikusai azt találták, hogy a molibdén-germánium ötvözetből készült szupravezető nanohuzalok kvantumfázis-átmeneteken mennek keresztül a szupravezetőtől a közönséges fémig, amikor alacsony hőmérsékleten szokásos mágneses mezőbe helyezik őket. Ez a tanulmány először azt a mikroszkopikus folyamatot tárta fel, amelynek során egy anyag elveszíti szupravezetési képességét: mágneses mező szétbontja az elektronpárokat - Cooper-párok kölcsönhatásba lépnek más, azonos típusú párokkal -, és csillapító erőt tapasztalnak a rendszer párosítatlan elektronjaitól.
A kutatást egy kritikus elmélet részletezi, amelyet Adrian Del Maestro, a Vermonti Egyetem adjunktusa javasol. Az elmélet pontosan leírta, hogyan függ a szupravezetés alakulása a kritikus hőmérséklettől, a mágneses tér nagyságától és az orientációtól, a nanohuzal keresztmetszetétől és az anyag mikroszkopikus jellemzőitől, amelyből készült. Ez az első alkalom a szupravezetés területén, amikor a kvantumfázis-átmenet minden részletét elmélet megjósolja, amelyet a laboratóriumi objektumok igazolnak.
"A kvantum fázisátmenetek nagyon egzotikusnak tűnhetnek, de sok rendszerben megfigyelhetők - a csillagok központjától az atommagokig, valamint a mágnesektől a szigetelőkig" - mondta Andrey Rogachev, az utahi egyetem adjunktusa és a tanulmány vezető szerzője. "Miután megértettük a kvantumrezgéseket ebben az egyszerűbb rendszerben, beszélhetünk a mikroszkopikus folyamat minden részletéről, és alkalmazhatjuk bonyolultabb tárgyakra is."
Promóciós videó: