Superledningsevne blev opdaget i 1911, men dens egenskaber og egenskaber er endnu ikke undersøgt fuldt ud. Ny forskning i nanotråde hjælper med at forstå, hvordan dette fænomen går tabt.
Problemet med at holde drikkevarer kolde i den varme sommer er en klassisk faseændrings lektion. De skal undersøges, stoffet skal opvarmes, og ændringen i dets egenskaber skal overholdes. Når du når det såkaldte kritiske punkt, skal du tilføje vand eller varme - og se hvordan stoffet bliver til gas (eller damp).
Forestil dig nu, at du har afkølet alt til meget lave temperaturer - så meget, at alle termiske effekter er væk. Velkommen til kvantevirkeligheden, hvor tryk og magnetfelter på ingen måde påvirker fremkomsten af nye faser! Dette fænomen kaldes kvantefaseovergang. I modsætning til en konventionel overgang danner en kvanteovergang helt nye egenskaber, såsom superledningsevne (i nogle materialer).
Hvis du tilfører spænding til et superledende metal, bevæger elektroner sig gennem materialet uden modstand, og den elektriske strøm flyder på ubestemt tid uden at bremse eller generere varme. Nogle metaller bliver superledende ved høje temperaturer, hvilket er vigtigt i tilfælde af kraftoverførsel og databehandling baseret på superledere. Forskere opdagede dette fænomen for 100 år siden, men selve superledningsevnen er stadig et mysterium, da de fleste materialer er for komplekse til at forstå fysikken i kvantefaseovergang i detaljer. Så den bedste strategi i dette tilfælde er at fokusere på at lære mindre komplekse modelsystemer.
Fysikere ved University of Utah har opdaget, at superledende nanotråde fremstillet af en molybdæn-germaniumlegering gennemgår kvantefaseovergange fra superledende til almindeligt metal, når de placeres i et almindeligt magnetfelt ved lave temperaturer. Denne undersøgelse afslørede først den mikroskopiske proces, hvorved et materiale mister sin superledningsevne: et magnetfelt bryder par af elektroner - Cooper-par interagerer med andre par af samme type - og de oplever en dæmpningskraft fra uparrede elektroner i systemet.
Forskningen er detaljeret i en kritisk teori foreslået af Adrian Del Maestro, adjunkt ved University of Vermont. Teorien beskrev nøjagtigt, hvordan udviklingen af superledningsevne afhænger af den kritiske temperatur, størrelsen af magnetfeltet og orienteringen, tværsnitsarealet af nanotråden og de mikroskopiske egenskaber for det materiale, hvorfra det er fremstillet. Dette er første gang inden for superledningsevne, at alle detaljerne i en kvantefaseovergang forudsiges af teorien, bekræftet på virkelige objekter i laboratoriet.
”Kvantfaseovergange lyder måske meget eksotiske, men de observeres i mange systemer - fra stjernernes centre til atomkerner såvel som fra magneter til isolatorer - sagde Andrey Rogachev, adjunkt ved University of Utah og hovedforfatter af undersøgelsen. "Når vi først har forstået kvantevibrationer i dette enklere system, kan vi tale om alle detaljer i den mikroskopiske proces og anvende den på mere komplekse objekter."
Salgsfremmende video: