Ny undersøgelse afslører, hvornår en superleder virkelig bliver super

Afklaring af mysteriet om superledning ved høje temperaturer, specifikt i kobberoxidmaterialer, er stadig en af ​​de mest forvirrende udfordringer i moderne solid-state fysik. Men et internationalt forskerhold af ingeniører og forskere kan have taget et skridt tættere på at forstå.

Superledere er materialer, der får unikke fysiske egenskaber, når de afkøles til ekstremt lave temperaturer. De holder op med at modstå en elektrisk strøm, lad strømmen frit passere igennem uden tab af energi. Superledere bruges i teknologier såsom MR -maskiner, elektriske motorer, trådløse kommunikationssystemer og partikelacceleratorer. Selvom det videnskabelige samfund kender tusinder af eksempler på superledende materialer, der er mange spørgsmål tilbage om hvorfor og hvordan superledelse opstår. Ny forskning kan give et svar.

Et forskerhold, der omfatter Jianshi Zhou, forskningsprofessor i maskinteknik på Cockrell School of Engineering og medlem af The University of Texas ved Austin's Texas Materials Institute, har bekræftet eksistensen af ​​en faseovergang ved en temperatur tæt på absolutte nul grader, højere end den nødvendige temperatur for mange superledere, i kobberoxidbaserede (eller cuprate) superledende materialer. Teamet mener, at det kunne være under denne faseovergang, det "kvantekritiske punkt, "når superledning faktisk forekommer. Resultaterne blev offentliggjort i en nylig udgave af tidsskriftet Natur .

Undersøgelsen målte virkningerne af varme på to cuprate-systemer, der vides at være superledere:Eu-LSCO og Nd-LSCO, begge kobberoxidbaserede krystal systemer. De to materialer blev afkølet til deres kritiske temperaturpunkter, mens store magnetfelter blev brugt til at undertrykke deres superledning. De resulterende termodynamiske signaturer produceret gennem eksperimentet bekræftede eksistensen af ​​"kvantekritikalitet" -fasen i de analyserede eksempler.

"'Quantum criticality' var blevet foreslået som en potentiel faktor for at lette superledelse i cuprate -systemer, "Sagde Zhou." Vores undersøgelse bekræfter, at dette er tilfældet. "

Zhou er den eneste amerikanske forsker på undersøgelsen og en af ​​en håndfuld ingeniører verden over med ekspertisen til at vokse og analysere cuprate krystal systemer, en af ​​de mest anvendte superledere.

Ingeniører klassificerer ofte materialer baseret på deres modstand mod strømmen af ​​elektriske strømme. Dette er en egenskab målt ved at observere elektroners adfærd. Metaller som kobber - en vigtig komponent i ledninger, der forbinder vores smartphone -opladere, mikrobølger, pærer og mere til stikkontakter - består af elektroner, der bevæger sig frit omkring dens atomstruktur. Dette giver svag modstand mod elektriske strømme, en ejendom, der skaber en stærk leder.

Modstand, uanset hvor svag, er uønsket i ledende materialer, da den energi, der bruges til at modstå, omdannes til varme og er teknisk spildt. I en perfekt verden, kabler ville være fremstillet af et materiale med nul modstand mod elektrisk strøm. Det er her, superledere kommer ind. Dog er fordi alle kendte superledere skal afkøles til ekstremt lave temperaturer, de er vanskelige at bruge regelmæssigt i praktiske applikationer. Ultimativt, ingeniører og forskere verden over fortsætter med at søge efter superledende materialer, der kan bruges ved meget højere temperaturer, håber at nå stuetemperatur. Hver opdagelse tager forskere et skridt nærmere.

"At forstå, hvorfor disse materialer bliver superledere, vil føre os til denne hellige gral af stuetemperatur-superledere, "Sagde Zhou." Det er kun et spørgsmål om tid, forhåbentlig."