Сверхпроводимость — явление, при котором материал позволяет электричеству проходить через него без сопротивления (при экстремально низких температурах) — вновь стала предметом глубокого изучения группой специалистов из Университета Эмори. Исследователи определили новый колебательный механизм в сверхпроводимости, связанный с сингулярностями Ван Хова. Это открытие может повлиять на его использование в будущих технологиях.
Сверхпроводимость, открытая в 1911 году, представляет собой состояние, при котором некоторые материалы проводят электричество без потери энергии (в настоящее время только при очень низких температурах или очень высоких давлениях). Это квантовое состояние очаровывало ученых уже более века. Электроны, обычно независимые друг от друга, при низких температурах объединяются в коллективное состояние, которое ведет себя как единое целое.
Недавно группа экспертов из Университета Эмори пролила свет на один аспект этого явления: формирование осциллирующей сверхпроводимости, связанной с сингулярностями Ван Хова. Это открытие открывает новые перспективы для понимания и использования сверхпроводимости. Статья опубликована в журнале .
Электронный танец для нового квантового состояния
Сверхпроводимость — это явление, при котором некоторые материалы при охлаждении до чрезвычайно низких температур проводят электричество без сопротивления. Несмотря на простоту определения, само явление остается загадочным.
Исследовательская группа из Университета Эмори под руководством физика Луиса Сантоса определила конкретный механизм этого явления: колебательную сверхпроводимость. В частности, они обнаружили, что эта форма сверхпроводимости характеризуется так называемыми парциальными волнами плотности. Вместо постоянного потока электронов возникает своего рода колебание, движение вперед и назад.
Волны частичной плотности можно рассматривать как скоординированный «танец» электронов в сверхпроводящем материале. Обычно электроны движутся независимо друг от друга, но в определенных состояниях они могут образовывать пары и двигаться вместе в определенном ритме или схеме.
Обратите внимание: Все больше украинцев обучаются в польских университетах. После окончания школы они хотели бы уехать дальше на Запад.
Этот согласованный «танец» создает области, в которых больше электронов и меньше в других, отсюда и термин «плотность".Источником этого танца являются так называемые «Сингулярности Ван Хова», объясняют исследователи в пресс-релизе. Проще говоря, эти сингулярности представляют собой точки, в которых сходятся несколько электронных состояний или энергетических уровней. Эта близость может быть ключом к возникновению колебаний.
Открытие этого механизма позволяет по-новому взглянуть на то, как может проявляться сверхпроводимость.
Колеблющиеся сингулярности
Чтобы прийти к этому наблюдению, команда Университета Эмори под руководством физика Луиса Сантоса использовала методы перенормировки для упрощения и изучения взаимодействия между электронами в материале. Исследователи сосредоточили внимание на сингулярностях Ван Хова, используя теоретическую основу, известную как модель Холдейна.
Как уже упоминалось, особенности Ван Хова — это особые точки в полосовой структуре материала, в которых резко меняется плотность электронных состояний. Эти точки представляют особый интерес, поскольку они могут привести к необычному поведению электроники.
Исследуя эти сингулярности, исследователи обнаружили, что отталкивающие взаимодействия между электронами, которые обычно препятствуют образованию упорядоченных состояний, на самом деле могут стабилизировать это конкретное состояние осциллирующей сверхпроводимости.
Традиционно считается, что отталкивающее взаимодействие между отрицательно заряженными частицами, например электронами, не способствует образованию упорядоченного состояния. Однако это исследование говорит об обратном. Это ставит под сомнение некоторые из наших традиционных представлений и открывает путь к изучению новых электронных фаз, которые могут иметь практическое применение.
Будущие перспективы
Сверхпроводимость обещает повысить эффективность передачи энергии, снизить потери и оптимизировать распределение. Это повышение эффективности может революционизировать то, как мы используем и распределяем электроэнергию, предлагая более устойчивые и экономичные решения.
И это не просто футуристический прогноз. Сверхпроводимость уже используется в современной технике. Например, сверхпроводящие катушки играют решающую роль в аппаратах магнитно-резонансной томографии (МРТ), генерируя мощные магнитные поля, необходимые для визуализации внутренней части человеческого тела. Точно так же поезда с электромагнитной левитацией, которые парят над рельсами благодаря сверхпроводимости, позволяют двигаться на высокой скорости без традиционного трения, характерного для обычных поездов.
Это квантовое состояние является не только предметом исследований, оно формирует технологический ландшафт, обещая достижения, которые могут переосмыслить повседневную жизнь.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
- Особенно остро климатическая проблема стоит в Антарктиде - регионе, который раньше считался невосприимчивым к серьезным погодным колебаниям
- Группа исследователей под руководством Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США погрузилась в глубокое изучение антиферромагнитных материалов