Supravodivost byla objevena v roce 1911, ale její vlastnosti a vlastnosti ještě nebyly plně studovány. Nový výzkum nanodrátů pomáhá pochopit, jak se tento jev ztrácí.
Problém udržování nápojů studených v horkém létě je klasická lekce fázových změn. Musí být prostudovány, látka musí být zahřátá a musí být sledovány změny jejích vlastností. Když dosáhnete takzvaného kritického bodu, přidejte vodu nebo teplo - a sledujte, jak se látka promění v plyn (nebo páru).
Nyní si představte, že jste vše ochladili na velmi nízké teploty - natolik, že všechny tepelné účinky zmizely. Vítejte v kvantové realitě, kde tlak a magnetické pole nijak neovlivňují vznik nových fází! Tento jev se nazývá kvantový fázový přechod. Na rozdíl od konvenčního přechodu tvoří kvantový přechod zcela nové vlastnosti, jako je supravodivost (v některých materiálech).
Pokud na supravodivý kov přivedete napětí, elektrony projdou materiálem bez odporu a elektrický proud bude proudit neomezeně, aniž by zpomalil nebo generoval teplo. Některé kovy se stávají supravodivými při vysokých teplotách, což je důležité v případě přenosu energie a zpracování dat na základě supravodičů. Vědci objevili tento jev před 100 lety, ale samotný mechanismus supravodivosti zůstává záhadou, protože většina materiálů je příliš složitá na to, aby podrobně pochopila fyziku kvantového fázového přechodu. Nejlepší strategií v tomto případě je tedy soustředit se na učení méně složitých modelových systémů.
Fyzici na univerzitě v Utahu zjistili, že supravodivé nanodráty vyrobené ze slitiny molybdenu a germania procházejí kvantovými fázovými přechody ze supravodivého do běžného kovu, jsou-li umístěny v běžném magnetickém poli za nízkých teplot. Tato studie nejprve odhalila mikroskopický proces, při kterém materiál ztrácí supravodivost: magnetické pole rozbíjí páry elektronů - Cooperovy páry interagující s jinými páry stejného typu - a zažívají tlumicí sílu z nepárových elektronů v systému.
Výzkum je podrobně popsán v kritické teorii navržené Adrianem Del Maestrem, odborným asistentem na univerzitě ve Vermontu. Teorie přesně popsala, jak vývoj supravodivosti závisí na kritické teplotě, velikosti a orientaci magnetického pole, ploše průřezu nanodrátů a mikroskopických charakteristikách materiálu, ze kterého je vyroben. Toto je poprvé v oboru supravodivosti, že všechny podrobnosti kvantového fázového přechodu jsou teoreticky předpovězeny, což je potvrzeno na reálných objektech v laboratoři.
"Kvantové fázové přechody mohou znít velmi exoticky, ale jsou pozorovány v mnoha systémech - od středů hvězd po atomová jádra, stejně jako od magnetů po izolátory," řekl Andrey Rogachev, odborný asistent na univerzitě v Utahu a hlavní autor studie. "Jakmile pochopíme kvantové vibrace v tomto jednodušším systému, můžeme mluvit o každém detailu mikroskopického procesu a aplikovat ho na složitější objekty."
Propagační video: