Awestrucko mokslininkai žiūri į 2D elektroninius tvenkinius, spontaniškai atsirandančius į 3D superlaidžią medžiagą

SLAC թ Stanfordo mokslininkai pastebėjo netradicinio 3D superlaidininko sukurto 2D superlaidumo elgesio tvenkinius, kurie 100% efektyviai praleidžia elektrą neįprastai aukštoje temperatūroje. Jų tyrimas rodo, kad vadinamasis „atsirandantis“ elgesys gali būti toks, kaip 3D superlaidininkai pertvarkomi prieš pat staigų perėjimą į izoliacijos būseną, kai elektronai apsiriboja savo namų atomais ir visiškai negali judėti. Autorius: Gregas Stewartas / SLAC nacionalinė greitintuvo laboratorija

Tai pavyzdys, kaip sudėtingos medžiagos gali automatiškai atsirasti nuostabių savybių. Reiškinys, kurį mokslininkai tikisi panaudoti naujoms technologijoms.

Dviejų matmenų medžiagos, kurios storis yra tik keli atomai, sukūrimas dažnai yra sudėtingas procesas, reikalaujantis sudėtingos įrangos. Taigi mokslininkai nustebo pamatę, kad ant trimačio superlaidininko pasirodo dvimatiai šuliniai – medžiaga, leidžianti elektronams 100% efektyvumu keliauti be jokio pasipriešinimo – be užuominos.

Šiuose tvenkiniuose superlaidūs elektronai elgėsi taip, tarsi būtų įstrigę neįtikėtinai plonoje, į lakštus panašioje plokštumoje – situacijoje jiems reikia kažkaip pereiti į kitą plokštumą, kur galioja skirtingos kvantinės fizikos taisyklės.

„Tai yra apčiuopiamas besiformuojančio elgesio pavyzdys, kurį dažnai sunku arba neįmanoma pakartoti rengiant inžinierių nuo nulio“, – sakė Harry Manohara, Stanfordo universiteto profesorius ir Stanfordo energetikos mokslų instituto (SIMES) tyrėjas. Energetikos departamento SLAC nacionalinėje greitintuvų laboratorijoje, kuri vadovavo tyrimui.

Jis pasakė. „Tarsi tada, kai jie turi superlaidžiąją galią, – sakė jis, – patys 3D elektronai nusprendžia gyventi 2D pasaulyje“.

Tyrėjų grupė šį naują reiškinį vadina „tarpdisciplinine hiperkomunikacija“, o pranešime: Nacionalinės mokslų akademijos mokslinis biuletenis 2021 m Balandžio 12 d. Jie pasiūlė taip pertvarkyti 3D superlaidininkus prieš pat staigų perėjimą į izoliacijos būseną, kur elektronai apsiribojo savo namų atomais ir visiškai negalėjo judėti.

„Mes radome sistemą, kurioje elektronai elgiasi netikėtai. Tai yra fizikos grožis “, – sakė Carolina Paran, SLAC և Stanfordo mokslų daktarė, atlikusi eksperimentus, kurie paskatino šio intriguojančio rezultato idėją. – Mums labai pasisekė, kad radome tokį elgesį.

Elektronai veikia keistai

Nors superlaidumas buvo atrastas daugiau nei prieš šimtmetį, jo naudingumą ribojo tai, kad medžiagos superlaidžios tapo tik esant artimai dideliems atstumams temperatūroje.

1986 m. Paskelbtas pranešimas, kad mokslininkai atrado naują դաս netikėtą superlaidžių medžiagų klasę, veikiančią daug didesniame aukštyje, nors ir vis dar labai šaltą, sukėlė mokslinių tyrimų cunamį, kuris tęsiasi iki šiol, siekiant išsiaiškinti, kaip veikia naujos medžiagos. dirbkite arčiau kambario temperatūros, jei norite naudoti tokias programas kaip efektyviai veikiančios elektros linijos և magnetiniai traukiniai.

Šis tyrimas prasidėjo aukšto temperatūros superlaidininku, vadinamu BPBO, dėl keturių jo atomų komponentų: bario, švino, bismuto ir deguonies. Tada jis buvo susintetintas Stanfordo profesoriaus և SIMES tyrėjo Iano Fischerio, tada doktorantės Paulos ira Iraldo-Gallo, laboratorijoje.

Kai tyrėjai tai padarė atlikdami įprastus eksperimentus, įskaitant perėjimo temperatūros nustatymą, kai ji patenka į superlaidžią „izoliacijos fazę“, pavyzdžiui, į garą ar ledą išgaruojantį vandenį, jie suprato, kad jų duomenys parodė, jog elektronai taip elgėsi. ribojamas ypatingo lieknumo. 2D sluoksniai arba medžiagos viduje esantys sluoksniai. Tai buvo galvosūkis, nes BPBO yra 3D superlaidininkas, kurio elektronai paprastai gali laisvai judėti norima linkme.

Tyrimo metu Manoharano komanda atidžiau pažvelgė ieškodama tunelio mikroskopo ar STM instrumento, kuris galėtų identifikuoti ar net pernešti atskirus atomus keliuose viršutiniuose materijos materijos sluoksniuose.

Sąveikaujantys tvenkiniai

Jie nustatė, kad sluoksniai neturi nieko bendro su atomų išdėstymu medžiagoje ar mažų karoliukų panardinimu ant jos paviršiaus.

„Vietoj to, sluoksniai buvo sluoksniai, kuriuose elektronai elgiasi taip, tarsi būtų apsiriboję 2D, tvenkinius primenančiomis materijos sritimis“, – sakė Parranas. “Atstumas tarp tvenkinių yra pakankamai trumpas, kad elektronai galėtų” matyti “sąveikauti taip, kad leistų judėti be pasipriešinimo, o tai yra superlaidumo ženklas.”

Karolina Parra

Karolina Parra (centre), atlikusi Stanfordo postdoktorantūros tyrimą, kuris padėjo pasiekti šiuos įspūdingus rezultatus, dabar vadovauja Federico Santa María technikos universiteto Valparaiso mieste (Čilė) laboratorijai, daugiausia dėmesio skiriant tarpdisciplininiams nanomasto biologinių medžiagų tyrimams. Neseniai jis laimėjo dotaciją įsigyti ir valdyti pirmąjį žemos temperatūros nuskaitymo tunelio mikroskopą Pietų Amerikoje, kurį planuoja naudoti tęsti šią tyrimų seriją. Paskola Carolina Parra nuotr

2D tvenkiniai atsirado, kai mokslininkai kruopščiai pakoregavo temperatūrą և kitas sąlygas iki perėjimo taško, kuriame superlaidininkas taps izoliuotas.

Jų pastebėjimai glaudžiai sutampa su superlaidininkų „kylančio elektronų dalelių“ teorija, kurią sukūrė kolegos iš Nandini, Tripolis, Ohajo valstijos universitetas.

„Mūsų prognozės prieštaravo standartinei superlaidininkų paradigmai“, – sakė Trivedi. „Paprastai, kuo stipresnis superlaidininkas, tuo daugiau energijos reikia pertraukai nutraukti ryšį tarp jo superlaidininkų elektronų porų, tai faktorius, kurį mes vadiname energijos spraga. Bet mano grupė numatė, kad šio specialiai sutrikusio superlaidininko atveju bus visiškai priešingai. Sistema sukurtų besiformuojančius tvenkinius, kuriuose superlaidumas būtų stiprus, tačiau poros galėtų prasiveržti su daug mažiau energijos nei tikėtasi.

“Buvo įdomu pamatyti šias prognozes, patvirtintas Stanfordo grupės STM matavimais.”

Mokslo sklaida

Rezultatai turi praktinę reikšmę kuriant 2D medžiagas, sakė Parranas.

„Dauguma 2D medžiagų gamybos būdų yra inžineriniai metodai, pavyzdžiui, kelių atominių sluoksnių storio plėvelių auginimas arba aštrios sąsajos tarp dviejų medžiagų sukūrimas, siekiant apriboti 2D būseną ten“, – sakė jis. “Tai suteikia papildomą būdą pasiekti šias 2D superlaidžiąsias būsenas. Tai pigiau, jums nereikia prabangios įrangos, kuriai reikalinga labai žema temperatūra, tai nereikalauja dienų ar savaičių. Vienintelė sudėtinga dalis yra sutvarkyti daiktus “.

Šiuo metu Parra vadovauja Valparaiso mieste (Čilė) esančiam Federico Santa Maria technikos universiteto laboratorijai, daugiausia dėmesio skiriant tarpdalykiniams nanodalelių biologinių medžiagų tyrimams. Neseniai jis laimėjo dotaciją įsigyti ir valdyti pirmąjį žemos temperatūros nuskaitymo tunelio mikroskopą Pietų Amerikoje, kurį planuoja naudoti tęsdamas šią tyrimų seriją.

“Kai turėsiu šią įrangą laboratorijoje, – pasakė jis, – ją sujungsiu su tuo, ką išmokau Hario laboratorijoje. Ją panaudosiu mokydamas naujos kartos tyrėjus, kad dirbsime nanomokslų ir nanotechnologijų srityje. . ” Čilėje “.

Nuoroda. 2021 m. Balandžio 12 d Nacionalinės mokslų akademijos mokslinis biuletenis,
DOI: 10.1073 / pnas.201781011:

Tyrimą finansavo DOE mokslo biuras.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pažymėtinos giliavandenės Veneros gėlių kempinių struktūros, kurios yra naudingos kuriant laivus, lėktuvus ir dangoraižius

Euplectella aspergillum stiklo kempinės struktūra structure už hidrodinaminio lauko ribų. Pramonė buvo perstatyta naudojant CINECA superkompiuterius. Kinetinė metodika և Pažangūs skaičiavimo kodai...

Didžiausia aplinkos šalinimo kaukė – ir kaip ją sumažinti

Naujas tyrimas nustatė naudojamo N95 išeikvojimą ir pasiūlė tinkamus būdus jį sumažinti. Nuo praėjusiais metais prasidėjusios „Covid-19“ epidemijos, užrištos akys tapo dar viena sveikatos apsaugos...

Neuromediatorių lygis smegenyse nuspėja matematinius sugebėjimus

Skenavimas buvo baigtas 1 ir 2 metu (maždaug po 1,5 metų) kiekvienoje iš penkių amžiaus grupių (6-erių, 10-mečių, 14-mečių, 16-mečių ir 18 metų) -metukai)....

Genetikai atskleidžia mutacijas, sukeliančias sunkų vaikystės vėžį – vartokite vaistus, kad pašalintumėte jų šalutinį poveikį

Trejybės koledžo genetikai atrado specifinio geno, vadinamo H3K27M, mutaciją, sukeliančią neišgydomą vaikystės vėžį, vadinamą diffi midi glioma (DMG). Augimas taikant tikslinius vaistus. Jų istoriniai...

Neigiamų jonų sulaikymas tarpžvaigždinėje erdvėje

Kaip tarpžvaigždinėje aplinkoje kuriamos neigiamai įkrautos molekulės? Tarpžvaigždiniai debesys yra naujų žvaigždžių gimtinė. Tačiau jie taip pat vaidina pagrindinį vaidmenį formuojant gyvenimą visatoje per...

Newsletter

Subscribe to stay updated.