Открытие «внезапной смерти» бросает вызов нашему пониманию сверхпроводимости: ScienceAlert

Вихри квантового хаоса, которые спонтанно возникают в атомно тонких слоях изоляционных материалов, озадачили физиков, требуя пересмотра моделей, которые могли бы решить некоторые насущные проблемы в поисках понимания сверхпроводимости.

Физики-экспериментаторы из Принстонского университета в США и Национального института материаловедения Японии исследовали спонтанное появление квантовых флуктуаций в точке перехода от электронной пробки к сверхпроводящей магистрали, пересекающей двумерный ландшафт.

«Как одна сверхпроводящая фаза может быть заменена другой — интересная область исследования». Он говорит Принстонский физик и ведущий автор Санфэн Ву.

«Некоторое время мы интересовались этой проблемой тонких, чистых, монокристаллических материалов».

Электронам, дрейфующим по медным проводам за гипсокартоном, трудно добраться из точки А в точку Б. Включите телевизор, и в этих проводах разворачивается безумие в час пик, когда электроны виляют и сталкиваются, сигналя своими маленькими электронными рожками и тряся своими маленькие электроны. Электронные наконечники перегревают свои крошечные электронные моторы.

Сверхпроводимость – это мечта. Это легкая поездка от начала до конца. Никаких потерь тепла и энергии. Он настолько эффективен, насколько это возможно, идеально подходит для генерации мощных электромагнитных полей или высокоскоростных вычислений, которые не превращаются в лужу.

Однако создать эту фазу проводимости также непросто. Это происходит, когда электроны теряют чувство индивидуальности и впадают в состояние синхронизации, образуя то, что известно как Куперовые парыСпособен вести переговоры об атомном соседстве с легкостью дзен.

Для этого требуется уровень крутости, которого можно достичь только с помощью тяжелого и впечатляющего оборудования. Однако, если исследователи смогут точно понять, что вызывает этот квантовый сдвиг и какую роль играет температура, они, возможно, смогут согласиться на меньшее охлаждение.

Одно из направлений исследований предполагает изучение квантового поведения электронов, захваченных на физически двумерных поверхностях. Поскольку они лишены возможности двигаться вверх и вниз, квантовые явления затрудняют их переход в сверхпроводящее состояние.

«Когда вы переходите в более низкие измерения, флуктуации становятся настолько сильными, что уничтожают любую возможность сверхпроводимости». Он говорит Принстонский физик Нэй Фуан Онг.

Фундаментального убийцу состояния Дзен электрона лучше всего описать как квантовый вихрь. Или как сейчас описывает это«Квантовые версии вихря, который появляется, когда вода сливается из ванны».

Согласно тому, что известно как Трансмиссия БКТпосле Нобелевские лауреаты Вадим Березинский, Джон Костерлиц и Дэвид Тьюлис Эти смертоносные вихри смерти исчезают в 2D-материалах, когда температура становится достаточно низкой.

Изучая это пространство квантовых торнадо, которые вызывают хаос в сверхпроводящих состояниях, Ву и его команда создали один слой полуметаллического дителлурида вольфрама, который при температуре выше абсолютного нуля становится изолятором, удушающим энергию.

Однако накачка достаточного количества электронов заставляет ток течь сверхпроводящим образом.

Однако исследователи заметили нечто весьма странное, когда температура упала. Добавив достаточное количество электронов, вы получите сверхпроводимость. Однако на критическом уровне движения электронов вихри квантового безумия возвращаются, прекращая ток.

Измерения вихрей показали, что они не были обычными квантовыми вихрями, а оставались стабильными при более высоких температурах и магнитных полях, чем предсказывает теория. Когда количество электронов падает ниже определенного количества, вихри внезапно исчезают.

«Мы ожидали увидеть сильные флуктуации, сохраняющиеся ниже критической плотности электронов на несверхпроводящей стороне, точно так же, как сильные флуктуации, наблюдаемые значительно выше температуры перехода БКТ». Он говорит Ууу.

«Однако мы обнаружили, что вихревые сигналы «внезапно» исчезают в тот момент, когда критическая плотность электронов превышается. Это был шок. Мы вообще не можем объяснить это наблюдение – «внезапную смерть» флуктуаций».

Новые парадигмы открывают возможности для новых методов исследования, которые могут привести к созданию новых технологий. Учитывая потенциальные преимущества развития сверхпроводимости при комнатной температуре, полезно иметь хорошую карту погоды на квантовом ландшафте.

Это исследование было опубликовано в Физика природы.