Gaismas zibspuldze sabojā elektrisko pretestību

Infrasarkanie lāzera impulsi vara oksīda keramiku pārvērš supravadītājā

Ātri zibens bez pretestības: Lesco1 / 8 vara oksīda keramika kļūst supravadīta, kad tā tiek apstarota ar lāzera impulsiem. Svītru var redzēt pārmaiņus pa labi un pa kreisi sasvērtiem konstrukcijas elementiem un elektronu griešanās secību (violetas bultiņas). Lāzera impulss izlīdzina keramikas struktūru tā, lai tas uzņemtos supravadošu stāvokli. Fakts, ka šī stāvokļa maiņa notiek ļoti ātri, fiziķiem dod norādes, kā tehniski interesantā vara oksīda keramika zaudē savu elektrisko pretestību. © Joerg M. Harms / Max Planck Strukturālās dinamikas katedra - Hamburga
lasīt skaļi

Izolatoru ar lāzera zibspuldzi var pārveidot par supravadītāju: Hamburgas pētnieki to ir noskaidrojuši jaunā pētījumā, par kuru viņi tagad ziņo zinātnes žurnālā "Science".

Apstarotā keramika uz neilgu laiku bija arī zaudējumu avots fiziķu eksperimentā, kas notika ap Andrea Kavalleri no Maksas Plankas Pētniecības grupas Hamburgas Universitātē pēc lāzera gaismas mazināšanās.

Pētniekus pārsteidz arī ātrums, ar kādu var radīt supravadītāja stāvokli. Novērojumi veicina izpratni par tā sauktajiem augstas temperatūras supravadītājiem - supravadītāju klasi, kas kādu dienu bez zudumiem varētu vadīt elektrību istabas temperatūrā, un tāpēc eksperti sagaida lielu pielietojuma potenciālu.

Ātri un energoefektīvi magnētiskās levitācijas sliedes

Kabeļu tīkls, kas vada enerģijas zudumus vai ir ātrs, un tajā pašā laikā energoefektīva magnētiskā levitācija trenē šos sapņus, nākotnē varētu kļūt par realitāti ar tā saukto augstas temperatūras supravadītāju palīdzību. Šāda veida supravadītāji - parasti vara oksīda keramika - vada elektrību salīdzinoši augstā temperatūrā bez zaudējumiem.

Kaut arī supravadošie metāli zaudē savu elektrisko pretestību tikai tad, kad tos atdzesē līdz dažiem grādiem virs absolūtās temperatūras nulles pie aptuveni mīnus 273 grādiem pēc Celsija, daži augstas temperatūras supravadītāji pieņem, ka supravadīšana notiek kritiskā temperatūrā, kas ir aptuveni mīnus 100 grādi pēc Celsija. Šī izturēšanās ir cieši saistīta ar materiālu slāņaino struktūru, kas atgādina papīra kaudzi. displejs

Pētnieki vēlas izstrādāt jaunu keramiku, kas uzņems supravadošas īpašības pat istabas temperatūrā un ikdienā ienesīs apbrīnojamo fizisko efektu no laboratorijas. Bet viņi pilnībā nesaprot, kāpēc augstas temperatūras supravadītāji kādreiz kļūst par supravadītājiem, apgrūtinot ikdienas lietošanai piemērota supervadītāja atrašanu. Pētnieku atradumi ap Kavalleri tagad varētu palīdzēt to mainīt.

Svītraina kārtība

Hamburgas fiziķi eksperimentiem izmantoja sava veida vara oksīda kristālu, kurā starp vara oksīda slāņiem atrodas lantāna, europija un stroncija atomi. Parasti šo keramiku kritiskā temperatūra ir atkarīga no lantāna un stroncija elementu koncentrācijas attiecības. Pie noteiktas koncentrācijas attiecības, proti, ar savienojumu La1.675Eu0.2Sr0.125CuO4, īsi sakot - LESCO1 / 8, pat līdz zemākajām temperatūrām supravadītspēja nenotiek.

Tas, iespējams, ir saistīts ar Lesco1 / 8 kristāla struktūras īpatnībām, ko pētnieki dēvē par svītrainām shēmām: Oktaedri, kas veido vara oksīda keramikas slāņus, Lesco1 / 8 nav paralēli viens otram, kā Lesco1 / 8 gadījumā. Līdzīga vara oksīda keramika. Drīzāk tie ir noliekti viens pret otru tā, ka viens slānis mums drīzāk atgādina gofrētu kartonu, nevis papīru. Tas ir saistīts arī ar svītrainu elektriskā lādiņa un magnētisko momentu (griešanās) secību. Svītrotā kārtība novērš teorētisko fiziķu pieņēmumu, ka zem kritiskās temperatūras strāva var plūst starp atsevišķiem slāņiem.

Infrasarkanā lāzera gaismas impulss

Hamburgas pētnieki sadarbībā ar Anglijas un Japānas zinātniekiem tagad ir nosūtījuši infrasarkanā lāzera gaismas impulsu uz Lesco1 / 8 kristālu, kuru viņi iepriekš bija atdzesējuši līdz mīnus 263 grādiem pēc Celsija. Lāzera impulss ilga dažas femtosekundes, laikā, kad gaisma ir mazāka par tūkstošdaļas milimetru. Tūlīt pēc tam pētnieki keramikai nosūtīja teraherca impulsu un izmērīja, cik labi tas atspoguļojas. Pēc atstarošanas var noteikt, vai punkts, kurā lāzera trieciens ir kļuvis supravadītspējīgs. Faktiski tas tā bija.

Supravadītspēja jau varētu būt virs kritiskās temperatūras

"Mūs īpaši pārsteidza tas, cik ātri beidzās supravadošais stāvoklis, " saka Kavalleri. Šajā laikā pagāja tikai aptuveni pikosekundi - triljonda sekundes -, šajā laikā gaisma nosaka desmito milimetru atpakaļ. "Īsais laiks norāda, ka svītrainā kārtība jau satur informāciju par supravadošo stāvokli, bet pati par sevi nav supravadoša, " saka Kavalleri.

Ātro pāreju uz supravadītāja stāvokli nevar izskaidrot, ja elektroni iepriekš bija bez jebkādas sinhronizācijas, kā tas ir normālā vadošā stāvoklī. Daži teorētiski fiziķi apgalvo, ka strīpainā secībā jau plūst supravadošās strāvas, bet tās neitralizē viena otru.

Lāzers notīra svītraino kārtību

Kavalleri un viņa kolēģi pieņem, ka lāzera impulss, kurā tas iekļūst keramikā, novērš svītraino kārtību, tā sakot, pārveido gofrēto plātni gludā kartonā. Tas ļauj supravadošajai strāvai plūst starp slāņiem, tādējādi nodrošinot ārēji izmērāmu supravadītspēju.

Ierosinājums, ka Lesco1 / 8 formās ir virsvadītspēja, kas jau pārsniedz kritisko temperatūru, palīdz arī saprast supravadītspēju citās vara oksīda keramikas izstrādājumos. Zinātniekiem ir aizdomas, ka slāņos pat virs kritiskās temperatūras veidojas supravadītspējas priekšgājējs, tāpēc elektroni vairs nekustas viens no otra. Bet tikai tad, kad temperatūra ir zemāka par kritisko temperatūru, elektroni sinhronizējas starp slāņiem un notiek supravadītspēja.

Elektroni pārvietojas sinhroni

Būtībā augstas temperatūras supravadītājā fiziķos notiek tas pats, kas parastajā supravadītājā. Zem kritiskās temperatūras elektroni materiālā apvienojas, veidojot pārus, kurus sauc par Kūpera pāriem. Kūpera pāri uzvedas kā jaunas kvantu daļiņas, kurām piemīt spēja, kurai trūkst elektronu: viņi visi var uzņemties vienādu kvantu mehānisko stāvokli. Ilustratīvi tas nozīmē, ka visi elektroni pārvietojas sinhroni.

Tā kā vienam elektronim vairs nav iespējams veikt papildu tūres tā, kā tas bija, to vairs nevar atraut no sava ceļa ar pārkāpumiem kristāla režģī. Šī novirze rada normālu pretestību elektriskajai pretestībai. Tomēr joprojām nav saprotams, kā elektroni augstās temperatūras supravadītājos sanāk, veidojot Coopera pārus, īsi sakot: kā darbojas viņu sinhronizācija.

Jaunas skaidrojošas pieejas sinhronizācijai

Hamburgas pētnieku rezultāti tagad sniedz jaunus skaidrojumus sinhronizācijai, taču tiem varētu būt arī praktiska ietekme. "Supravadošais stāvoklis tiek saglabāts pēc lāzera impulsa izdzēšanas, " uzsver Kavalleri. Keramika ir supravadīta miljons reižu ilgāk nekā lāzera impulss ilgst gandrīz vienu sekundes miljono daļu. Lāzera gaismas ģenerētais supravadošais stāvoklis ir "aizsargāts stāvoklis", skaidro Kavalleri, tāpēc sistēmai ir nepieciešams zināms laiks, lai atgrieztos tās, kas nav supravadoša, pamata stāvoklī.

"Varbūt šādu stāvokli var stabilizēt, " saka Kavalleri. Tam ir jāparāda nākotne. Nākamo sava pētījuma mērķi fiziķis sauc par kritiskās temperatūras paaugstināšanos. Kavalleri: "Varbūt mēs ar lāzeru varam paaugstināt tāda materiāla kā Lesco1 / 8 kritisko temperatūru līdz mīnus 253 grādiem no mīnus 273 grādiem pēc Celsija, " skaidro Kavalleri. "Ja tas ir iespējams, mēs varam izgatavot materiālu, kas parasti ir mīnus 250 grādi. Celsija zaudē savu elektrisko pretestību, iespējams, padarot lāzera supravadītāju pat istabas temperatūrā. "

(MPG, 17.01.2011. - DLO)