Свръхпроводимостта е открита през 1911 г., но нейните свойства и характеристики все още не са напълно проучени. Ново изследване върху наножиците помага да се разбере как се губи това явление.
Проблемът с поддържането на напитките на студено през горещото лято е класически урок за смяна на фазите. Те трябва да бъдат проучени, веществото трябва да се нагрее и да се наблюдават промените в неговите свойства. Когато достигнете така наречената критична точка, добавете вода или топлина - и наблюдавайте как веществото се превръща в газ (или пара).
Сега си представете, че сте охлаждали всичко до много ниски температури - до такава степен, че всички топлинни ефекти са изчезнали. Добре дошли в квантовата реалност, където налягането и магнитните полета не влияят по никакъв начин на появата на нови фази! Това явление се нарича квантов фазов преход. За разлика от конвенционалния преход, квантовият преход формира напълно нови свойства, като свръхпроводимост (в някои материали).
Ако приложите напрежение към свръхпроводящ метал, електроните ще се движат през материала без съпротивление и електрическият ток ще тече безкрайно, без да забавя или генерира топлина. Някои метали стават свръхпроводящи при високи температури, което е важно в случай на предаване на енергия и обработка на данни на базата на свръхпроводници. Учените откриха този феномен преди 100 години, но самият механизъм на свръхпроводимостта остава загадка, тъй като повечето материали са твърде сложни, за да се разбере подробно физиката на квантовия фазов преход. Така че най-добрата стратегия в този случай е да се съсредоточим върху изучаването на по-малко сложни моделни системи.
Физици от Университета в Юта са открили, че свръхпроводящите нанопроводи, направени от молибденово-германиева сплав, претърпяват квантови фазови преходи от свръхпроводящ към обикновен метал, когато се поставят в обикновено магнитно поле при ниски температури. Това проучване за първи път разкрива микроскопичния процес, при който материалът губи своята свръхпроводимост: магнитно поле разделя двойки електрони - двойки Купър, взаимодействащи с други двойки от същия тип - и те изпитват сила на затихване от несдвоени електрони в системата.
Изследването е подробно описано в критична теория, предложена от Адриан Дел Маестро, асистент в Университета във Върмонт. Теорията точно описва как еволюцията на свръхпроводимостта зависи от критичната температура, големината на магнитното поле и ориентацията, площта на напречното сечение на наножицата и микроскопичните характеристики на материала, от който е направена. Това е първият път в областта на свръхпроводимостта, че всички подробности за квантовия фазов преход се предсказват от теорията, потвърдени върху реални обекти в лабораторията.
„Квантовите фазови преходи може да звучат много екзотично, но те се наблюдават в много системи - от центровете на звездите до атомните ядра, както и от магнитите до изолаторите“, каза Андрей Рогачев, асистент в Университета в Юта и водещ автор на изследването. "След като разберем квантовите вибрации в тази по-проста система, можем да говорим за всеки детайл от микроскопичния процес и да го приложим към по-сложни обекти."
Промоционално видео:
