บาคาร่าเว็บตรง คู่คูเปอร์พบเหนืออุณหภูมิวิกฤตสำหรับตัวนำยิ่งยวด

บาคาร่าเว็บตรง Koen Bastiaans และ Milan Allanจาก Leiden University ในเนเธอร์แลนด์และเพื่อนร่วมงานได้อ้างหลักฐานที่ตรงที่สุดว่าคู่อิเล็กตรอนสามารถมีอยู่ในวัสดุที่สูงกว่าอุณหภูมิวิกฤตสำหรับความเป็นตัวนำยิ่งยวด งานของพวกเขาสร้างขึ้นจากการวิจัยก่อนหน้านี้ชี้ให้เห็นว่าคู่อิเล็กตรอนสามารถรับผิดชอบต่อสถานะ pseudogap ลึกลับในตัวนำยิ่งยวดที่ไม่เป็นทางการ อย่างไรก็ตาม 

ในงานชิ้นใหม่นี้ นักวิจัยได้ตรวจพบคู่คูเปอร์

ในตัวนำยิ่งยวดที่อยู่เหนืออุณหภูมิวิกฤต แต่ไม่มีตัวปลอม ทฤษฎีคลาสสิก (หรือ BCS) ของตัวนำยิ่งยวดระบุว่าภายใต้อุณหภูมิวิกฤตจำเพาะ อิเล็กตรอน fermionic ในคู่โลหะขึ้นเพื่อสร้างโบซอนที่เรียกว่าคู่คูเปอร์ โบซอนเหล่านี้ก่อตัวเป็นคอนเดนเสทที่สัมพันธ์กับเฟสซึ่งสามารถไหลผ่านวัสดุได้โดยไม่กระเจิง – ผลที่ได้คือความเป็นตัวนำยิ่งยวด

อย่างไรก็ตาม ทฤษฎี BCS ไม่ได้อธิบายความเป็นตัวนำยิ่งยวดของตัวนำยิ่งยวดที่ไม่ธรรมดา เช่น cuprates, pnictides และวัสดุที่ไม่เป็นระเบียบ ในขณะที่ความต้านทานของโลหะมักจะลดลงเมื่อวัสดุเย็นตัวลง ตัวนำยิ่งยวดที่ไม่ธรรมดาเหล่านี้จำนวนมากประสบกับการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในโครงสร้างแถบอิเล็กทรอนิกส์ของพวกมัน ซึ่งอาจทำให้ความต้านทานของพวกมันสูงขึ้นที่อุณหภูมิเหนืออุณหภูมิวิกฤต

อกหัก การเปลี่ยนแปลงนี้เรียกว่า pseudogap และนักฟิสิกส์บางคนเสนอว่ามันเกิดขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอนก่อตัวเป็นคู่ที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤต แต่คู่เหล่านี้ไม่ก่อให้เกิดคอนเดนเสทที่มีตัวนำยิ่งยวด “ข้อโต้แย้งข้อหนึ่งคือการบอกว่าถ้าอิเล็กตรอนถูกจับคู่และคุณต้องการเอาอิเล็กตรอนออกด้วยโพรบ [scanning tunneling microscope (STM)] คุณต้องจ่ายพลังงานในการทำลายคู่” Allan อธิบาย

การวิจัยก่อนหน้านี้พบหลักฐานการมีอยู่ของอิเล็กตรอน

คู่ที่สูงกว่าอุณหภูมิวิกฤตในระบบต่างๆ ตัวอย่างเช่นในปี 2015 Jeremy Levyจาก University of Pittsburgh และ Pittsburgh Quantum Institute ทั้งในสหรัฐอเมริกาและเพื่อนร่วมงานได้สร้างทรานซิสเตอร์อิเล็กตรอนตัวเดียวซึ่งเมื่อความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงพอจะมีพฤติกรรมเป็นตัวนำยิ่งยวด เมื่อความหนาแน่นของอิเล็กตรอนลดลง ทรานซิสเตอร์จึงออกจากระบบตัวนำยิ่งยวด แต่อิเล็กตรอนยังคงผ่านอุปกรณ์เป็นคู่

Allan และเพื่อนร่วมงานได้ใช้แนวทางที่แตกต่างไปจากที่ได้อธิบายไว้ในบทความเรื่องScience พวกเขาทำให้พื้นผิวไททาเนียมไนไตรด์เย็นลงให้ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต และวัดกระแสอุโมงค์ระหว่างพื้นผิวกับปลาย STM ที่แรงดันไฟฟ้าอคติต่างๆ ซึ่งช่วยให้พวกเขาทำแผนที่โครงสร้างวงดนตรีของวัสดุได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อแรงดันไบอัส – และด้วยเหตุนี้กระแสของอุโมงค์จึงเพิ่มขึ้น – พวกเขามุ่งเน้นไปที่การเปลี่ยนแปลงใน “เสียงช็อต” นี่คือความผันผวนแบบสุ่มในกระแสที่เกิดขึ้นจากข้อเท็จจริงที่ว่าประจุถูกหาปริมาณ ไม่ว่าจะเป็นอิเล็กตรอนเดี่ยวหรือเป็นคู่ของอิเล็กตรอน คู่คูเปอร์มีประจุเป็นสองเท่า ดังนั้นจึงสามารถระบุตัวตนของพวกมันได้ด้วยสัญญาณรบกวนจากการยิงที่มากขึ้น “ความเห็นของฉันคือการสอบสวนของเราสะอาดกว่าและตรงกว่า” Allan กล่าว

“สองกระบวนทัศน์”

นักวิจัยพบหลักฐานที่ชัดเจนว่าแม้ว่าตัวอย่างจะหยุดเป็นตัวนำยิ่งยวดที่ 2.95 K แต่เสียงช็อตก็ลดลงจากคู่ของ Cooper ไปเป็นอิเล็กตรอนเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 7.2 K เท่านั้น ลักษณะที่แปลกประหลาดคือไททาเนียมไนไตรด์ไม่ มี pseudogap “จากมุมมองทางฟิสิกส์ ฉันพบว่าสิ่งนี้น่าทึ่งมาก เพราะมีกระบวนทัศน์สองอย่างนี้ แบบแรกคือคู่อิเล็กตรอนในตัวนำยิ่งยวด อีกแบบคือโลหะชั้นดีที่ทำจากเฟอร์มิออน” Allan กล่าว “โลหะของเราเป็นโลหะที่ดี ไม่มีช่องว่าง แต่ดูเหมือนว่าโลหะของเราจะทำมาจากคู่ ซึ่งเหมือนโบซอนมากกว่าเฟอร์มิออน เราไม่ได้ค้นพบอะไรใหม่ๆ เกี่ยวกับ pseudogap แต่เรานำการค้นพบเหล่านี้บางส่วนมาใช้ในบริบท”

การจับคู่อิเลคตรอนโดยไม่มีตัวนำยิ่งยวดที่เห็นได้ยาวนาน

Kamran Behniaจาก EPSCI Paris Tech ในฝรั่งเศสไม่พบผลลัพธ์ที่น่าแปลกใจเท่ากับนักวิจัย “ในขณะที่ [พวกเขา] กล่าวถึง [ในบทความของพวกเขา] การทดลองอื่นๆ ได้บันทึกว่าคู่คูเปอร์อายุสั้นสามารถอยู่รอดในสภาวะปกติของตัวนำยิ่งยวดแม้จะทำลายลำดับตัวนำยิ่งยวดก็ตาม” เขากล่าว “ในทฤษฎีมาตรฐานของตัวนำยิ่งยวดคูเปอร์มีอายุสั้นคาดว่า อย่างไรก็ตาม ในบริบทของตัวนำยิ่งยวดแบบ cuprate นิพจน์ ‘preformed pairs’ ถูกใช้เป็นชวเลขสำหรับการคาดเดาตามที่ pseudogap เป็นสารตั้งต้นของตัวนำยิ่งยวด”

อย่างไรก็ตาม Levy เชื่อว่าข้อค้นพบนี้มีความโดดเด่น “ในระบบที่ไม่เป็นระเบียบนี้ ฉันคิดว่าคาดว่าจะมีความสัมพันธ์กันอย่างมากระหว่างระยะช่องว่างกับการมีอยู่ของคู่เหล่านี้” เขากล่าว “ฉันหวังว่าในอนาคตเราจะพูดว่า ‘โอ้ ไม่น่าแปลกใจเลยเพราะความเข้าใจที่เพิ่มขึ้นของเรา’ และนั่นคือวิธีที่วิทยาศาสตร์ควรทำงาน – เปลี่ยนจากการเป็นความขัดแย้งไปสู่การอธิบายหรือรวมเข้ากับความเข้าใจที่ใหญ่ขึ้น นั่นเป็นเหตุผลที่ผู้ทดลองทำการทดลองของพวกเขา”

ในการศึกษา ทีมของ Shahani ใช้เอกซเรย์เอ็กซ์เรย์ 3 มิติเพื่อสังเกตการก่อตัวของผลึกควอซิกคริสตัลแบบเรียลไทม์ภายในส่วนผสมที่หลอมละลายของอะลูมิเนียม โคบอลต์ และนิกเกิล ภายในการตั้งค่าที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Argonne พวกเขาสังเกตเห็นการเติบโตของควอซิคริสตัลที่ปราศจากข้อบกพร่องจำนวนมากในส่วนผสม เมื่อส่วนผสมเย็นลง นักวิจัยพบว่าผลึกควอซิกคริสตัลขนาดเล็กเหล่านี้ชนกัน จากนั้นจึงรวมเข้าด้วยกันอย่างไร้รอยต่อเพื่อสร้างผลึกควอซิกคริสตัลที่ใหญ่กว่าและปราศจากข้อบกพร่อง โดยมีความสมมาตรในการหมุนเป็นสิบเท่า

พลวัตของโมเลกุล

จากนั้นทีมได้จำลองพลวัตของโมเลกุลเพื่อพยายามทำความเข้าใจว่าข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นเมื่อ quasicrystal ในขั้นต้นรวมกันได้อย่างไรสามารถ “รักษาตัวเอง” ในระหว่างการรวมตัวกันได้ โดยการเปลี่ยนเงื่อนไขในการจำลองแต่ละครั้ง พวกเขาระบุเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับผลึกควอซิกคริสตัลที่มีขนาดเล็กกว่าเพื่อรวมตัวกัน ในช่วงเวลาเดียวกันและมาตราส่วนความยาวที่พวกเขาสังเกตเห็นในชีวิตจริง

Kamchatka หรือ bust: Paul Steinhardt แสวงหา quasicrystal จากนอกโลกเมื่อควอซิคริสตัลเสมือนถูกจัดเรียงไม่ตรงแนวซึ่งกันและกันเล็กน้อย พวกมันจะหมุนไปอยู่ในแนวเดียวกันภายใต้อิทธิพลของควอซิอนุภาคที่เรียกว่า “ฟาซอน” ซึ่งสัมพันธ์กับการจัดเรียงใหม่ของอะตอมภายในผลึกควอซิกคริสตัล ลักษณะการทำงานนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเมื่อ quasicrystals อยู่นอกช่วงการจัดตำแหน่ง และขอบเขตของเกรนที่ไม่ต้องการอาจเกิดขึ้นได้ บาคาร่าเว็บตรง