Квантовый парадокс: как беспорядок рождает сверхпроводимость?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

Высокотемпературная сверхпроводимость — это своеобразный «святой Грааль» современной физики, обещающий революционные технологические прорывы. Представьте мир, где линии электропередач лишены потерь энергии, где поезда парят над магнитными рельсами, а вычислительные мощности возрастают многократно.

В погоне за этой мечтой ученые исследуют необычный мир квантовых материалов, где привычные законы физики уступают место странным и не всегда понятным явлениям. Одним из таких материалов являются купраты — сложные соединения на основе меди, демонстрирующие сверхпроводимость при относительно высоких температурах (по сравнению с классическими сверхпроводниками).

В чем же кроется секрет их необычных свойств? Ключ к разгадке лежит в сложном взаимодействии трех квантовых феноменов: сверхпроводимости, спинового порядка и зарядового порядка.

Сверхпроводимость, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Сверхпроводимость — это способность материала проводить электрический ток без сопротивления. Она возникает благодаря тому, что электроны, обычно отталкивающиеся друг от друга, образуют связанные пары (так называемые куперовские пары), которые могут свободно перемещаться по кристаллу, не испытывая сопротивления со стороны атомов.

Спиновый и зарядовый порядки отражают тенденцию электронов к самоорганизации. Спиновый порядок проявляется в том, что магнитные моменты электронов, спины, выстраиваются в определенном порядке, подобно стрелкам компаса, указывающим в одном направлении. Зарядовый порядок характеризуется периодическим распределением электронной плотности, формирующим в материале области с избытком и недостатком электронов.

a Карта интенсивности CDW, измеренная при 6,5 К, 0 Т, спроецированная на плоскость hl, интегрированная по k [-0,02,0,02] об.ед. Пунктирный черный прямоугольник окружает пик CDW. b Температурно-зависимые h-срезы через пик CDW. Сплошные линии представляют собой однопиковые подгонки к данным. Линейный фон был вычтен, а данные сдвинуты для наглядности. Горизонтальная полоса обозначает инструментальное разрешение. c Интегральная интенсивность CDW, полученная из однопиковых подгонок. На вставке показана соответствующая ширина пика. Оранжевая пунктирная линия представляет собой линейную экстраполяцию интенсивностей CDW при 28 K, 32 K и 36 K на более низкие температуры T < Tc, как описано в основном тексте. Открытый круг показывает интенсивность CDW, измеренную при 6,5 К, 24 Т. Планки ошибок представляют собой одно стандартное отклонение.
Автор: Wen, JJ., He, W., Jang, H. et al. Enhanced charge density wave with mobile superconducting vortices in La1.885Sr0.115CuO4. Nat Commun14, 733 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-36203-x CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Долгое время считалось, что спиновый и зарядовый порядки являются антагонистами сверхпроводимости, подавляя образование куперовских пар. Однако недавние исследования показали, что взаимодействие этих явлений гораздо сложнее и многограннее.

Ученым удалось обнаружить, что в купратах может существовать короткодействующий зарядовый порядок, который не только не подавляет сверхпроводимость, но и, возможно, даже способствует ее возникновению. Этот короткодействующий порядок проявляется в виде флуктуаций электронной плотности, которые могут способствовать образованию и движению вихрей — топологических дефектов, играющих важную роль в механизме высокотемпературной сверхпроводимости.

a Карта интенсивности CDW, измеренная при 6,5 К, 24 Т, спроецированная на плоскость hl. b Зависимые от магнитного поля h-срезы через пик CDW. Сплошные линии представляют собой одногауссовы подгонки к данным. Линейный фон был вычтен, а данные сдвинуты для наглядности. Горизонтальная полоса обозначает инструментальное разрешение. c Интегральная интенсивность CDW как функция магнитного поля. Здесь показана проекция магнитного поля, перпендикулярная плоскости CuO2 H⊥. Вертикальной пунктирной линией отмечено поле вихревого плавления Hm для LSCO при T ~ 6,5 K, определенное по измерениям сопротивления в плоскости41. Красные ромбики — это интенсивности SDW в зависимости от поля, измеренные нейтронным методом для LSCO14, масштабированные таким образом, чтобы вывести индуцированное магнитным полем усиление CDW-полос, как описано в основном тексте. Красная пунктирная линия и красная штриховка являются ориентирами для глаза. Планки ошибок представляют собой одно стандартное отклонение.
Автор: Wen, JJ., He, W., Jang, H. et al. Enhanced charge density wave with mobile superconducting vortices in La1.885Sr0.115CuO4. Nat Commun14, 733 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-36203-x CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Это открытие открывает новые перспективы в понимании природы высокотемпературной сверхпроводимости и создании новых материалов с уникальными свойствами. Квантовый танец электронов в купратах оказывается гораздо сложнее и интереснее, чем представлялось ранее, и его дальнейшее изучение сулит нам еще немало удивительных открытий.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Учимся на ошибках: 5 реальных проблем, которые могут произойти из-за открытых окон машины

Открытые окна в автомобиле — это то, о чем легко забыть, особенно когда на улице тепло или просто хочется подышать воздухом. Многие считают, что это безобидная мелочь, которая не может...

Как быстро и точно обнаружить и устранить ошибки в автомобиле: обзор диагностического сканера FNIRSI FD10 (OBD2)

Современные автомобили обладают сложной электроникой, которая контролирует и управляет различными системами и узлами автомобиля. Возможность самостоятельно диагностировать и исправлять ошибки в...

Обзор BBK BTA2020: беспроводная акустика и зарядка в одном устройстве!

Существуют производители, чью продукцию можно узнать с первого взгляда даже по упаковке. Компания BBK и ее беспроводная акустическая система BTA2020 — именно такой пример. Честно говоря,...

Происхождение Алтарного камня Стоунхенджа: 750 километров по морю?

Стоунхендж, монументальный комплекс эпохи неолита, расположенный на равнине Солсбери в Англии, на протяжении веков озадачивал исследователей. Одной из самых интригующих загадок, связанных с этим...

Превью Chuwi Corebook i5 13 2024: новый ультракомпактный 13" ноутбук с i5 за 45 тысяч

Жизнь путешественника непредсказуема. В очередной поездке по России меня настигла неприятность — мой верный «походный» ультрабук (DELL XPS 15) решил уйти на покой. Семь лет...

Турбулентность у черной дыры: новые модели проливают свет на ускорение частиц

В последние годы интерес к исследованию высокоэнергетических астрофизических явлений, таких как процессы, происходящие в окрестностях сверхмассивных черных дыр, стремительно растет. Наблюдения,...