Kritišką superlaidininko temperatūrą galima padidinti magnetiniu lauku. • Jurijus Erinas • Mokslo naujienos apie "elementus" • Fizika

Kritišką superlaidininko temperatūrą galima padidinti magnetiniu lauku.

Pav. 1. Supralaidymo papildymas lygiagrečiu magnetiniu lauku ultratiniuose amorfiniuose švino filmuose. Absoliutus (kairysis skalė) ir giminaitis (skalė dešinėjea) kritiškos temperatūros padidėjimasTc dėl Tc0 = 3,814 K, jei nėra magnetinio lauko. Plėvelės storis 21,1 Å. Abscisos ašis atidėtas magnetinio lauko indukcija. Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio Gamtos fizika

Superlaidumas yra kvantinė medžiagų būklė, kuri, be išorinių ženklų, apieAtsparumo ir absoliutus imuniteto poveikis magnetiniam laukui būdingas sintezuojamų viena su kita elektronų laidų elektronų porų formavimu. Dėl elektronų porų struktūros ir charakteristikų charakteristikos magnetinis laukas su indukcija virš tam tikro lygio sumažina kritinę superlaidininko temperatūrą, ty temperatūrą, žemiau kurios yra supereguliacijos reiškinys. Amerikos mokslininkų komanda, atliekanti eksperimentus su ultra plona (apie 10-9 m) amorfiniai švino filmai, nustatė, kad stiprus magnetinis laukas, priešingai, padidina jų kritinę temperatūrą.Gautas rezultatas prieštarauja visuotinai pripažintai superlaidumo teorijai.

Supralaidymo, ty begalinio didelio laidumo ir idealaus diamagnetizmo (išorinio magnetinio lauko ekstruzijos), atsiradimo priežastis yra tai, kad jame yra poros laidžiųjų elektronų, kurie tada elgiasi sinchroniškai. Toks vientisumas leidžia elektronams tekėti be trinties per medžiagos kristalinę grotelę ir sklandžiai "atbaidyti" iš magnetinio lauko linijų.

Pagal visuotinai priimtą mikroskopinę superlaidumo teoriją (taip pat žinomą kaip Bardeen-Cooper-Schrieffer teorija arba sutrumpinta BCS) elektronų porų susidarymas įvyksta tada, kai medžiagos temperatūra tam tikrai medžiagai tampa mažesnė už tam tikrą reikšmę – kritinė temperatūra Tc. Esant žemesnei temperatūrai Tc elektronai, pasikeitus fononais, pritraukia vienas kitą ir sudaro porą, dažnai vadinamą Cooper pagal Amerikos teorijos fiziko Leoną Cooperį, kuris prognozavo šį reiškinį. Ši atrakcija dabar žinoma kaip elektronų ir fononų sąveika; esant kritinei temperatūrai tampa stipresnisnei tų panašių įkrautų dalelių kulono atbaidymas.

Čia svarbu pažymėti, kad BCS teorijoje Cooper porų formavimas yra įmanomas tik iš elektronų su priešingais nukreiptais impulsais ir grįžtamais. Priešingai, vadinamuose "neįprastuose" superlaidininkiuose, kurių superlaidžiųjų savybės nėra paaiškintos BCS teorija, elektronų sukimosi kryptys Cooper porose gali sutampa.

Superlaidumo apibrėžimas leidžia suprasti, kaip jis gali būti sunaikintas. Pirmasis būdas yra šildyti superlaidininkį iki aukštesnės nei kritinės temperatūros. Antrasis – sustiprinti magnetinį lauką taip, kad superlaidžiosios medžiagos nebegalėtų atstumti šio lauko jėgos linijų. Mikroskopiniame lygmenyje Cooper porų sunaikinimas karščiu paaiškinamas elektronų susirišimo energijos sumažėjimu Cooper poroje. Magnetinio lauko padidėjimo atveju elektronų porų sunaikinimas paaiškinamas dviem efektais – paramagnetine ir orbitine. Paramagnetinis poveikis yra magnetinio lauko noras suderinti elektronų nugarą jų lauko linijų kryptimi. Kadangi "Back" yra "Cooper" poroje,kaip jau buvo pasakyta, jie turi antiparallelą kryptį, tada, kai stiprus magnetinis laukas išlygina "vieno" poros elektronų "neteisingą" orientaciją, energetikos požiūriu tai yra nepelninga, kad jis tęsia egzistavimą (veikia Pauli principas). Orbitinis efektas yra tas, kad, nes elektronų impulsai pora yra nukreipti priešingai, daugia kryptimi Lorentz jėga veiks kiekvienam elektronui, kuris ištemps daleles Cooper poroje, kaip styginė, kurios galai yra traukiami skirtingomis kryptimis.

Iš to, kas išdėstyta pirmiau, mes galime padaryti tokią išvadą: BCS teorijoje nėra mechanizmo, kuris padėtų Cooper poroms sustiprinti magnetiniame lauke, taip padidinant kritinę superlaidininko temperatūrą. Būti sąžininga, verta pažymėti, kad yra junginių, kurių pagrindą sudaro uranas, o stipriuose magnetiniuose laukuose atkuriamas superlaidumas, prarastas anksčiau silpnesnėje srityje (žr. Egzotinį superlaidį, aptiktą stipriame magnetiniame lauke Elements, 2005 m. Rugpjūčio 30 d.). Tačiau šie superlaidžiai priskiriami jau paminėtos "neįprastos" kategorijai, dėl kurios BCS teorija netaikoma.Kaip magnetinis laukas stimuliuoja šių medžiagų superlaidumo atgimimą, mokslininkams dar nėra aišku.

Šiuo atžvilgiu paskelbta žurnale Gamtos fizika Amerikos ekspertų grupės eksperimentų rezultatai atrodo staigūs ir labai netikėti. Šio darbo autoriai pranešė apie kritinę ultrathin temperatūrą (storis apie 10 Å, 1 Å = 10-10 m) švino plėvelės su didėjančia magnetinio lauko indukcija, kurios jėgos linijos yra nukreiptos lygiagrečiai tiriamųjų mėginių paviršiui. Visų pirma gautų rezultatų originalumas yra tas, kad švinas yra vienas iš "įprastų" superlaidininkų, kurių BCS teorija puikiai veikia. Todėl, didėjant magnetinio lauko indukcijai, kritinė temperatūra turėtų sumažėti pagal kvadratinį įstatymą.

Pirma, keletą žodžių apie eksperimento metodiką. Pirma, šio reiškinio tyrimas vyko magnetinio lauko indukcijos diapazone nuo 0 iki 8 Tesla (T). Antra, magnetinio lauko krypties pasikeitimas nuo lygiagretaus filmų iki statmenos plokštumos paskatino tai, kad bandinių kritinė temperatūra turėtų sumažėti. Trečia, švino plėvelės buvo amorfinės.Kitaip tariant, medžiagoje nebuvo kristalų grotelių, o atomų struktūra buvo sutrikusi. Be to, verta paminėti, kad tokiose beveik dvimačiose (arba, kaip sakoma, dvipusės) švino konfigūracijose, jos kritinė temperatūra žymiai priklauso nuo storio ir gali būti kelis kartus mažesnė už tam tikros medžiagos masyvių pavyzdžių kritinę temperatūrą, kuri yra maždaug 7,2 K.

Pav. 1 pristato galbūt pagrindinį straipsnio autorių eksperimentinio tyrimo rezultatą. Pateikiami duomenys apie D padidėjimąTc kritinė temperatūra amorfinės švino plėvelei, kurios storis 21,1 Å, priklausomai nuo lygiagrečio jame esančio magnetinio lauko.

Įdomu tai, kad šie santykiai yra aiškiai be monotoniški. Didžiausias didinimas Tc stebimas, kai magnetinio lauko indukcija yra maždaug 5 T. Norint suvokti, koks didelis yra šis superlaidžiosios švino, tarkime, kad masyviose mėginiuose, kurių temperatūra yra artima absoliučiai nuliui, superlaidumas dingsta laukuose, kurių indukcija viršija tik 0,08 T.

Iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti, kad padidėjimas nėra toks reikšmingas, tik 8% arba 302 miliekvelvinas absoliučiais vienetais (žr. 1 pav.), Bet pats šio augimo buvimo faktas ir kokios didžiulės magnetinės vertės laukai stebimas poveikis realizuojamas superlaidininke, kurio magnetinis laukas, kaip gerai žinoma, yra "priešas".

Be to, savo studijose autoriai domėjosi klausimu, kaip kvaziabudumblių pavyzdžių kritinė temperatūra kinta, jei jų storis pasikeičia. Atsakymas pateikiamas fig. 2, kur pateikiami eksperimento duomenys, rodantys padidėjimą. Tc už aštuonių skirtingo storio filmų rinkinį.

Pav. 2 Augimo priklausomybė ΔTc kvazi-dvimatės amorfinės švino plėvelės kritinė temperatūra pagal jų storį (parodyta grafike) lygiagrečiame magnetiniame lauke. Ploniausio filmo (raudonos kvadratų) Kritinė temperatūra be magnetinio lauko yra Tc0 = 0.486 K, storiausiui (violetinės trikampiai), kuris jau gali būti traktuojamas kaip masinis trimatis pavyzdys, Tc0 = 6,44 K. Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio Gamtos fizika

Kaip ir 1 diagramoje, ši priklausomybė taip pat turi savo ypatybes. Pasirodo, kad maksimalus kritinės temperatūros prieaugis nepanaudojamas, nes atrodo, kad plonasis plėvelė, o tik pavyzdys, kurio tarpinis storis 21,1 Å (šio filmo duomenys buvo parodyti 1 pav.). Apskritai beveik visos priklausomybės sutampa su kokybiniu lygiu: kritinė temperatūra pakyla iki tam tikros magnetinio lauko vertės, tada eina maksimumas, tada monotoniškai mažėja.

Koks galėtų būti šio reiškinio priežastis, nes publikacijų autoriams tebėra paslaptis. Mokslininkai savo straipsnyje išdėstė keletą hipotezių, tačiau argumentai yra prigimtinio pobūdžio ir negali būti galutinai paaiškinti. Be to, kaip pažymėjo mokslininkai, būtina tiksliau išmatuoti poveikio dydį, atsižvelgiant į mėginių storį, magnetinių priemaišų buvimą ir kitas medžiagos savybes, kurios gali turėti įtakos kritinės temperatūros padidėjimui.

Šaltinis: H. Jeffrey Gardner, Ashwani Kumar, Liuqi Yu, Peng Xiong, Maitri P. Warusawithana, LuyangWang, Oskaras Vafekas, Darrell G. Schlom. Superlaidininkų didinimas Gamtos fizika. 2011. V. 7. P. 895-900.

Jurijus Yerinas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: