Ένα εκπληκτικό εύρημα για φυσικούς στερεάς κατάστασης δείχνει ασυνήθιστη ηλεκτρονική συμπεριφορά

Μια εικόνα λέιζερ-PEEM που δείχνει τη διάταξη των ηλεκτρονίων σε ένα δείγμα υλικού IBSC. Σε αυτήν την τεχνική, οι εικόνες γίνονται από φως λέιζερ που φωτίζει το δείγμα σε δύο διαφορετικές κατευθύνσεις. Ο γραμμικός διχρωισμός (LD) αναφέρεται στη διαφορά μεταξύ των εικόνων που λαμβάνονται από αυτές τις δύο κατευθύνσεις φωτισμού. Σας επιτρέπει να δείτε λεπτομέρειες που δεν θα μπορούσατε να δείτε διαφορετικά, όπως η κατανομή των ηλεκτρονίων σε αυτήν την περίπτωση. Πίστωση: Shen et al.

Ενώ μελετούσαν τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων στα υπεραγώγιμα υλικά με βάση το σίδηρο, οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο παρατήρησαν ένα περίεργο σήμα που σχετίζεται με τον τρόπο διάταξης των ηλεκτρονίων. Το σήμα δείχνει μια νέα διάταξη ηλεκτρονίων που οι ερευνητές αποκαλούν κύμα λαούτου και ελπίζουν να συνεργαστούν με θεωρητικούς φυσικούς για να το κατανοήσουν καλύτερα. Το νηματώδες κύμα θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να κατανοήσουν τον τρόπο αλληλεπίδρασης των ηλεκτρονίων μεταξύ τους στους υπεραγωγούς.


Ένα μακροχρόνιο όνειρο των φυσικών στερεάς κατάστασης είναι να κατανοήσουν πλήρως το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας-ουσιαστικά ηλεκτρονική αγωγή χωρίς την αντίσταση που παράγει θερμότητα και αποστραγγίζει ενέργεια. Θα προανήγγειλε έναν εντελώς νέο κόσμο συσκευών που είναι απίστευτα αποδοτικές ή ισχυρές και χρησιμοποιούνται ήδη στο πειραματικό τρένο εξπρές μαγνητικής διέγερσης στην Ιαπωνία. Αλλά υπάρχουν τόσα πολλά να εξερευνήσουμε σε αυτό το περίπλοκο θέμα και συχνά εκπλήσσει τους ερευνητές με απροσδόκητα αποτελέσματα και παρατηρήσεις.

Ο καθηγητής Shik Shin του Πανεπιστημίου του Ινστιτούτου Φυσικής Στερεάς Κατάστασης του Τόκιο και η ομάδα του μελετούν τον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρονται τα ηλεκτρόνια σε υπεραγώγιμα υλικά με βάση το σίδηρο ή IBSC. Αυτά τα υλικά δείχνουν μεγάλη ελπίδα ότι μπορούν να λειτουργήσουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες από κάποια άλλα υλικά υπεραγώγιμα υλικά Είναι ένα σημαντικό μέλημα. Χρησιμοποιεί επίσης λιγότερο εξωτικά υλικά, ώστε να είναι πιο εύκολο και φθηνό να εργαστείτε. Για να ενεργοποιηθεί η ικανότητα υπεραγωγιμότητας ενός δείγματος, το υλικό πρέπει να ψύχεται σε αρκετές εκατοντάδες βαθμούς κάτω από το μηδέν. Και συμβαίνουν ενδιαφέροντα πράγματα κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας ψύξης.

Ένα νέο κύμα έρευνας ηλεκτρονίων

Διάγραμμα της πειραματικής ρύθμισης που επινόησε η ομάδα. Πίστωση: Shen et al.

“Όταν τα IBSC κρυώνουν σε ένα ορισμένο επίπεδο, εκφράζουν μια κατάσταση που ονομάζουμε ηλεκτρονική νεματικότητα”, δήλωσε ο Shane. “Αυτό είναι όπου το κρυσταλλικό πλέγμα ενός υλικού και τα ηλεκτρόνια μέσα σε αυτό φαίνεται να είναι διατεταγμένα διαφορετικά ανάλογα με τη γωνία που το βλέπετε, γνωστό ως ανισοτροπία. Αναμένουμε ότι ο τρόπος διάταξης των ηλεκτρονίων σχετίζεται στενά με τον τρόπο που το κρυσταλλικό πλέγμα που το περιβάλλει αλλά η τελευταία παρατήρησή μας δείχνει κάτι εντελώς διαφορετικό και πραγματικά εκπληκτικό. “

Ο Shin και η ομάδα του χρησιμοποίησαν μια ιδιόκτητη τεχνολογία που αναπτύχθηκε από την ομάδα τους που ονομάζεται laser-PEEM (οπτική μικροσκοπία ηλεκτρονικών εκπομπών) για να απεικονίσουν το δείγμα IBSC τους σε μικροσκοπική κλίμακα. Περίμεναν να δουν ένα οικείο μοτίβο που επαναλαμβάνεται κάθε λίγα νανόμετρα (δισεκατομμυριοστά του μέτρου). Το κρυστάλλινο πλέγμα έδειξε σίγουρα αυτό το μοτίβο. Αλλά προς έκπληξή τους, η ομάδα διαπίστωσε ότι το μοτίβο των ηλεκτρονίων επαναλαμβανόταν κάθε μερικές εκατοντάδες νανόμετρα.

Αυτή η αντίθεση μεταξύ του κύματος νηματωδών ηλεκτρονίων και της κρυσταλλικής δομής του IBSC ήταν απροσδόκητη, επομένως οι επιπτώσεις του είναι ακόμη υπό διερεύνηση. Αλλά το αποτέλεσμα μπορεί να ανοίξει την πόρτα σε θεωρητικές και πειραματικές εξερευνήσεις για κάτι θεμελιώδες για την υπεραγωγιμότητα, τον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ζεύγη σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η γνώση αυτής της διαδικασίας μπορεί να είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη υπεραγωγιμότητας υψηλής θερμοκρασίας. Έτσι, εάν τα κύματα νηματωδών σχετίζονται, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε πώς.

«Τότε, ελπίζω να μπορέσουμε να συνεργαστούμε μαζί του Θεωρητικοί φυσικοί Για να ενισχύσουμε την κατανόησή μας νηματικότητα “Μας αρέσει επίσης να χρησιμοποιούμε λέιζερ PEEM για να μελετάμε άλλα σχετικά υλικά όπως οξείδια μετάλλων όπως οξείδιο του χαλκού. Μπορεί να μην είναι πάντα σαφές πού βρίσκονται οι εφαρμογές, αλλά η εργασία σε θεμελιώδη προβλήματα φυσικής με γοητεύει πραγματικά”, είπε ο Shen.

Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό ΕπιστήμηΤο


Νεματική μετάβαση και νανοκαταστολή της υπεραγωγιμότητας σε χαλκογενίδιο σιδήρου


περισσότερες πληροφορίες:
T. Shimojima et al., Η ανακάλυψη του νηματοσκοπικού κύματος σε υπεραγωγούς με βάση το σίδηρο, Επιστήμη (2021). DOI: 10.1126 / science.abd6701

το απόσπασμα: Εκπληκτικό αποτέλεσμα για φυσικούς στερεάς κατάστασης υπαινιγμούς για ασυνήθιστη συμπεριφορά ηλεκτρονίων (2021, 2 Σεπτεμβρίου) Ανακτήθηκε στις 2 Σεπτεμβρίου 2021 από https://phys.org/news/2021-09-result-solid-state-physicists-hints. html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη αντιμετώπιση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Η Ρωσία μόλις ξεκίνησε μια νέα επιστημονική ενότητα για τον διαστημικό σταθμό

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *