Kejayaan Superkonduktor: Saintis Temui Fenomena Halimunan

Penemuan ini adalah satu langkah ke arah superkonduktiviti yang lebih mudah diakses.

Adalah mungkin untuk membangunkan superkonduktor yang beroperasi pada suhu bilik dengan pengetahuan lanjut tentang hubungan antara cecair putaran dan superkonduktiviti, yang akan mengubah kehidupan harian kita.

Superkonduktor menawarkan janji teknikal dan ekonomi yang besar untuk aplikasi seperti hovertrain berkelajuan tinggi, mesin MRI, talian kuasa yang cekap, pengkomputeran kuantum, dan teknologi lain. Walau bagaimanapun, kegunaannya adalah terhad kerana superkonduktiviti memerlukan suhu yang sangat rendah. Adalah sangat mencabar untuk mengintegrasikannya dengan teknologi moden kerana keperluan yang menuntut dan mahal ini.

Rintangan elektrik superkonduktor mempunyai suhu kritikal tertentu yang melebihinya ia turun secara tiba-tiba kepada sifar, tidak seperti konduktor logam biasa, yang rintangannya menurun secara beransur-ansur apabila suhu dikurangkan, walaupun hampir hampir. sifar mutlak.

Pencarian superkonduktor yang tidak memerlukan suhu rendah adalah objektif utama penyelidikan superkonduktiviti semasa. Mekanisme di mana superkonduktor ini berfungsi adalah misteri terbesar dalam bidang ini, yang tiada siapa yang mempunyai jawapan. Memahami proses yang mewujudkan superkonduktiviti pada suhu tinggi akan membolehkan aplikasi yang lebih praktikal.

Kajian terbaru yang dijalankan oleh saintis di Israel Universiti Bar-Ilan dan baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Nature membuat kemajuan dalam menyelesaikan misteri yang berterusan ini. Menggunakan mikroskop magnetik SQUID (peranti gangguan kuantum superkonduktor) pengimbasan, para penyelidik memotret fenomena yang sebelum ini tidak dapat dilihat oleh teknik lain.

Para saintis terkejut apabila superkonduktor suhu tinggi pada mulanya ditemui. Para saintis telah mengandaikan bahawa superkonduktiviti yang baik akan ditemui dalam logam. Bertentangan dengan ramalan, didapati bahawa bahan seramik penebat adalah superkonduktor terbaik.

Mencari sifat yang biasa kepada bahan seramik ini boleh membantu mengenal pasti dari mana superkonduktivitinya berasal dan meningkatkan kawalan ke atas suhu kritikal. Satu sifat sedemikian ialah elektron dalam bahan ini menentang satu sama lain dengan kuat. Oleh itu, mereka tidak dapat bergerak dengan bebas. Mereka sebaliknya terperangkap di dalam struktur kekisi berkala.

Elektron mempunyai dua sifat yang menentukan: casnya (cas yang bergerak menghasilkan arus elektrik) dan putarannya. Putaran ialah sifat kuantum elektron yang bertanggungjawab terhadap sifat magnetnya. Seolah-olah magnet bar kecil dilekatkan pada setiap elektron. Dalam bahan biasa, cas dan putaran “terbina dalam” kepada elektron dan tidak boleh dipisahkan.

Walau bagaimanapun, dalam bahan kuantum khas yang dipanggil “cecair putaran kuantum”, interaksi antara elektron membolehkan fenomena unik di mana setiap elektron dipecahkan kepada dua zarah, satu dengan cas (tetapi tiada putaran) dan satu dengan putaran (dan tanpa cas). Cecair putaran kuantum sedemikian mungkin wujud dalam superkonduktor suhu tinggi dan, sebenarnya, kewujudan mereka boleh menjelaskan mengapa superkonduktiviti dalam bahan ini sangat baik.

Cabarannya ialah cecair putaran ini “tidak kelihatan” kepada ukuran konvensional. Walaupun kami mengesyaki sesuatu bahan mungkin cecair putaran, tiada eksperimen yang boleh mengesahkannya atau menyiasat sifatnya. Ini serupa dengan jirim gelap yang tidak berinteraksi dengan cahaya dan oleh itu amat sukar untuk dikesan.

Kajian semasa, yang dijalankan oleh Profesor Beena Kalisky dan pelajar kedoktoran Eylon Persky dari Jabatan Fizik di Universiti Bar-Ilan dan rakan usaha sama mereka, merupakan langkah penting ke arah pembangunan kaedah untuk mengkaji cecair putaran. Para penyelidik mengkaji sifat cecair putaran dengan menjadikannya berinteraksi dengan superkonduktor. Mereka menggunakan bahan kejuruteraan yang diperbuat daripada lapisan atom berselang-seli superkonduktor dan cecair putaran calon.

“Tidak seperti cecair putaran yang tidak menghasilkan sebarang isyarat, superkonduktor mempunyai tandatangan magnet yang jelas yang mudah diukur. Oleh itu, kami dapat mengkaji sifat cecair putaran dengan mengukur perubahan kecil yang dihasilkannya dalam superkonduktor, “kata Persky. Para penyelidik menggunakan SQUID pengimbasan – sensor magnet yang sangat sensitif yang mampu mengesan kedua-dua kemagnetan dan superkonduktiviti – untuk menyiasat sifat heterostruktur.

“Kami telah memerhati vorteks yang dicipta dalam superkonduktor. Pusaran ini mengedarkan arus elektrik, masing-masing memegang satu kuantum fluks magnet. Satu-satunya cara untuk mencipta vorteks sedemikian adalah dengan menggunakan medan magnet, tetapi dalam kes kami, vorteks dicipta secara spontan, “jelas Kalisky. Pemerhatian ini menunjukkan bahawa bahan itu sendiri menghasilkan medan magnet. Kejutan terbesar datang apabila medan ini tidak menunjukkan dirinya dalam ukuran langsung. “Yang menghairankan, kami mendapati bahawa medan magnet yang dicipta oleh bahan itu tidak dapat dilihat oleh pengukuran magnet langsung,” tambah Kalisky.

Keputusan menunjukkan fasa magnet “tersembunyi”, yang terdedah dalam eksperimen melalui interaksi dengan lapisan superkonduktor. Bekerjasama dengan kumpulan dari Universiti Bar-Ilan, the Technion, the Institut Weizmannyang Universiti California, Berkeleydan juga Institut Teknologi Georgia, para penyelidik menyimpulkan bahawa fasa magnet ini mungkin hasil langsung daripada hubungan antara lapisan cecair putaran dan lapisan superkonduktor. Kemagnetan tersembunyi adalah hasil daripada pemisahan cas putaran dalam cecair putaran. Superkonduktor bertindak balas terhadap kemagnetan ini dan ini menghasilkan vorteks tanpa memerlukan medan magnet “sebenar”.

Ini, sebenarnya, pemerhatian langsung pertama tentang hubungan antara dua fasa jirim ini. Keputusan ini memberikan akses kepada sifat cecair putaran yang sukar difahami, seperti interaksi antara elektron. Hasilnya juga membuka pintu kepada kejuruteraan bahan berlapis tambahan, yang melaluinya hubungan antara superkonduktiviti dan fasa elektronik lain boleh dikaji. Kajian lanjut tentang hubungan antara cecair putaran dan superkonduktiviti mungkin membolehkan mereka bentuk superkonduktor yang berfungsi pada suhu bilik, dan ini, seterusnya, akan mengubah kehidupan seharian kita.

Rujukan: “Memori magnetik dan pusaran spontan dalam superkonduktor van der Waals” oleh Eylon Persky, Anders V. Bjørlig, Irena Feldman, Avior Almoalem, Ehud Altman, Erez Berg, Itamar Kimchi, Jonathan Ruhman, Amit Kanigel dan Beena Kalisky, 27 Julai 2022, alam semula jadi.
DOI: 10.1038/s41586-022-04855-2

We would like to give thanks to the writer of this write-up for this incredible web content

Kejayaan Superkonduktor: Saintis Temui Fenomena Halimunan


Check out our social media accounts as well as other pages that are related to them.https://paw6.info/related-pages/