Hvorfor dybfryser jernbaserede materialer gør dem både magnetiske og superledende

Fysikere ved University of Bath i Storbritannien, i samarbejde med forskere fra USA, har afdækket en ny mekanisme, der gør det muligt for magnetisme og superledelse at eksistere i samme materiale. Indtil nu, forskere kunne kun gætte på, hvordan denne usædvanlige sameksistens kan være mulig. Opdagelsen kan føre til applikationer inden for grøn energiteknologi og i udviklingen af ​​superledende enheder, såsom næste generations computerhardware.

Som regel, superledningsevne (et materiales evne til at passere en elektrisk strøm med perfekt effektivitet) og magnetisme (ses ved arbejde i køleskabsmagneter) gør dårlige sengekammerater, fordi justeringen af ​​de små elektroniske magnetiske partikler i ferromagneter generelt fører til ødelæggelse af de ansvarlige elektronpar for superledning. På trods af dette, Bath-forskerne har fundet ud af, at den jernbaserede superleder RbEuFe4As4, som er superledende under -236 ° C, udviser både superledning og magnetisme under -258 ° C.

Fysik forskerstuderende David Collomb, der ledede forskningen, forklarede:"Der er en tilstand i nogle materialer, hvor, hvis du får dem virkelig kolde - betydeligt koldere end Antarktis - bliver de superledende. Men for at denne superledning kan føres til applikationer på næste niveau, materialet skal vise sameksistens med magnetiske egenskaber. Dette ville give os mulighed for at udvikle enheder, der fungerer på et magnetisk princip, såsom magnetisk hukommelse og beregning ved hjælp af magnetiske materialer, også at nyde fordelene ved superledning.

"Problemet er, at superledning normalt går tabt, når magnetisme tændes. I mange årtier har forskere har forsøgt at undersøge et væld af materialer, der har begge egenskaber i et enkelt materiale, og materialeforskere har for nylig haft en vis succes med at fremstille en håndfuld af sådanne materialer. Imidlertid, så længe vi ikke forstår, hvorfor sameksistensen er mulig, jagten på disse materialer kan ikke gøres med en så fin kam.

"Denne nye forskning giver os et materiale, der har et bredt temperaturområde, hvor disse fænomener eksisterer samtidigt, og dette vil give os mulighed for at studere samspillet mellem magnetisme og superledningsevne nærmere og i detaljer. Forhåbentlig, dette vil resultere i, at vi er i stand til at identificere den mekanisme, hvorigennem denne sameksistens kan forekomme. "

I en undersøgelse offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , teamet undersøgte den usædvanlige opførsel af RbEuFe4As4 ved at lave magnetfeltkort over et superledende materiale, når temperaturen faldt. Til deres overraskelse, de fandt hvirvlerne (punkterne i det superledende materiale, hvor magnetfeltet trænger ind) viste en udtalt udvidelse nær temperaturen på -258 ° C, hvilket indikerer en stærk undertrykkelse af supraledelse, når magnetismen tændes.

Disse observationer stemmer overens med en teoretisk model, der for nylig blev foreslået af Dr. Alexei Koshelev ved Argonne National Laboratory i USA. Denne teori beskriver undertrykkelse af superledning ved magnetiske udsving på grund af Europium (Eu) atomer i krystallerne. Her, den magnetiske retning for hvert Eu -atom begynder at svinge og flugte med de andre, da materialet falder under en bestemt temperatur. Dette får materialet til at blive magnetisk. Bath -forskerne konkluderer, at mens superledningsevne svækkes betydeligt af den magnetiske effekt, den er ikke fuldstændig ødelagt.

"Dette tyder på, at i vores materiale, magnetismen og superledningen holdes adskilt fra hinanden i deres egne undergitter, der kun interagerer minimalt, "sagde hr. Collomb.

"Dette arbejde fremmer betydeligt vores forståelse af disse sjældne sameksisterende fænomener og kan føre til mulige anvendelser i fremtidens superledende enheder. Det vil afføde en dybere jagt på materialer, der viser både superledningsevne og magnetisme. Vi håber, at det også vil opmuntre forskere til mere anvendte felter til at tage nogle af disse materialer og lave den næste generations computerenheder ud af dem.

"Forhåbentlig, det videnskabelige samfund vil gradvist gå ind i en æra, hvor vi bevæger os fra blå-himmel-forskning til at lave enheder fra disse materialer. Om et årti eller deromkring, vi kunne se prototype -enheder ved hjælp af denne teknologi, der gør et rigtigt stykke arbejde. "

De amerikanske samarbejdspartnere til dette projekt var Argonne National Laboratory, Hofstra University og Northwestern University.