Transformationen af ​​et par:Hvordan elektroner supertransporterer strøm i dårlige metaller

Til forskere på området, de er kendt som 'dårlige metaller, 'men de er egentlig ikke så slemme. Faktisk, de er de bedste superledere, fordi de er i stand til at lede strøm med den højeste effektivitet og uden modstand op til høje temperaturer. Dette er blevet set eksperimentelt. Alligevel er deres adfærd et mysterium. De frastødende kræfter mellem elektronerne i disse materialer er meget stærkere end i lavtemperatur superledere:så hvordan overvinder partikler med den samme ladning disse kræfter og formår at parre og transportere strøm, som det sker i 'traditionelle' superledere?

Et team af forskere fra SISSA i Trieste i samarbejde med Vienna University of Technology har fundet en mulig, overraskende svar. Ifølge undersøgelsen offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , i disse materialer ville elektronerne transformere til nye objekter, med en hidtil uset karakter, der ville give dem mulighed for at parre sig og derved superleder strømmen. I deres forskning, forskerne demonstrerede også særegenheden ved en ny type dårlige metaller, kaldet 'Hunds metaller, 'vigtigt for en klasse af jernbaserede materialer. Forskere mener, at disse materialer er særligt interessante, fordi de er superledende og temmelig formbare, hvilket gør dem særdeles velegnede til teknologiske applikationer.

Lavtemperatur superledere

"Superledere er interessante materialer, fordi de skjuler mange mysterier, der forbliver uløste, og på samme tid, de tilbyder et utroligt anvendelsespotentiale, "forklar Laura Fanfarillo, Angelo Valli og Massimo Capone, forskere. De er kemiske forbindelser, som under en kritisk temperatur, lede elektricitet uden modstand, altså uden varmeafledning. Det er let at forestille sig deres potentiale inden for det teknologiske område. Var det ikke sådan for mange af dem, såkaldte lavtemperatur superledere, superledning viser sig ved temperaturer meget tæt på det absolutte nul, gør deres brug kompliceret og meget dyrt. Imidlertid, der er også høj temperatur superledere, såsom dårlige metaller, hvis kritiske temperatur, selvom langt under nul, kræver en meget mindre kompliceret og dyr køling. Af denne grund, disse materialer anses for at være de mest interessante superledere at udforske for at belyse de fysiske egenskaber, der gør dem så specielle.

'Og alligevel flytter de (sammen)'

Forskerne forklarer, at "I lavtemperatur-superledere ved vi, at superledning er resultatet af parring af elektroner, der overvinder frastødningen på grund af deres negative ladning takket være en 'mediator'. Når de er organiseret i par, begynder elektronerne at bevæge sig sammenhængende og transportere elektrisk strøm uden at støde på modstand. I dårlige metaller, Coulomb frastødning, som elektronerne er udsat for, er meget stærkere end i traditionelle metaller. Denne frastødning, i teorien, burde forhindre endnu mere afgørende dannelsen af ​​disse par og transporten af ​​superstrømmen. "Det er her, spørgsmålet opstår:" Da vi ved, at parringen mellem elektroner er mekanismen ved superledningen, og det, i hvert fald i dette tilfælde, der er en mægler, det er stadig til at forstå, hvor dårlige metaller er så gode superledere. Med vores beregninger, vi har forsøgt at kaste lys over dette spændende mysterium. "

Kvasipartikler til at lede elektricitet

Hvad forskerne opdagede er, at det er netop egenskaberne, der, med et overfladisk blik, ville gøre dem til de værst mulige kandidater, der gør disse materialer til så kraftfulde superledere. I disse materialer, elektronerne omdannes til ejendommelige kvasipartikler, hvis egenskaber faktisk er meget mere kompatible med parring, derved begrunde deres eksperimentelle adfærd. Imidlertid, det ender ikke her:"I dette arbejde demonstrerede vi også, at en ny type dårligt metal karakteriseret ved en ejendommelig form for frastødning, kaldet 'Hunds metal, 'åbner interessante udsigter inden for superledelse. Vores resultater, "afslut forskerne" præcist og elegant forklare en mængde eksperimentelt bevis i klassen af ​​jernholdige superledere, en relativt ny type materiale opdaget i 2008, men hvis hidtil usete egenskaber stadig er et undersøgelsesområde fyldt med spørgsmål til forskere. "