Elektronide "Split" Isikupära Aitab Lahendada Füüsika Saladust

{h1}

Elektronidel on jagatud isiksused sõltuvalt sellest, kui paljud neist on ümber, pakub uusi uuringuid, mis võivad lahendada ülijuhtide füüsika saladust.

Elektroonid - negatiivselt laetud osakesed aatomite ümber - on jagatud "isiksused" ja tegutsevad ühel või teisel viisil, sõltuvalt sellest, kui paljud neist on ümber, uued uuringud osutavad.

See leidmine aitaks lahendada pikaajalist müsteeriumi elektrivoolu kohta ülijuhtides, mis kannavad sellist voolu ilma energiakaodeta. Füüsikud on juba ammu mõelnud, miks elektronid mõnikord vabalt liikuvad, kuna ülijuhtivad materjalid on jahedad ja muudel juhtudel segavad elektrivoolu.

Teadlased keskendusid nn kõrgtemperatuursele ülijuhtidele või materjalidele, mis juhivad elektrit temperatuuril, mis on kõrgemad kui supercoldi, või absoluutse nulli (minus 459,67 kraadi Fahrenheiti või minus 273,15 kraadi Celsiuse järgi). Nad kasutasid elektronmikroskoopi selleks, et uurida ühte kõrge temperatuuriga ülijuhtide klassi, mis põhinevad kupraatidel, vasepuidul ja hapnikuühenditel. Kuraatorid on tavaliselt isolaatorid (st nad ei tooda elektrit), kuid kui need on jahutatud umbes 160 kraadi Kelvinini (miinus 171 kraadi F või minus 113 kraadi C) ja segatud hapnikuga, mis moodustab mõne aatomi, mis on hajutatud mitme kupraatmolekuli vahel, need muutuvad ülijuhtideks, leiti Brookhaven'i riikliku labori meeskond. [Beyond Copper: 8 keemilisi elemente, millest sa kunagi ei kuulnud]

Põnevad elektronid

Uurijad leidsid, et hapnikuga kupraatide doping põhjustas algselt mõne elektroni külmumise koha - seisund, mida nimetatakse "triipudeks". Triibud häirisid ülijuhtuvust, sest ummistunud elektronid võimaldasid ainult vabadele liikuda teatud suundades.

Uuringute uurija JC Séamus Davis, New Yorki Uptoni Brookhaven'i riikliku laboratooriumi vanemfüüsik ja USA energeetikaministeeriumi ministeeriumi direktori juht, tundus olevat suur erinevus hapniku lisamisel kuprataadile, sest kupraadid jäljendasid taas pooljuhte. jaoks Emergent ülijuhtivus.

Selle põhjus tundub olevat seotud sellega, miks ülijuhtivus juhtub. Tavaliselt juhivad metallid elektrit, kuna aatomitel on mittetäielikud välise elektronkestad. Näiteks vasel on oma väliskestas üks elektron, kuigi sellel korpusel on piisavalt ruumi kaheksa elektroni jaoks. See extra ruum võimaldab elektronidel tegutseda nii, nagu oleks nad vabalt ujuvas meres. Aku kinnitamine paneb elektronide elektrivälja, mis kõik aitavad väljapoole positiivse külje suunas. Aku tarnib ka rohkem elektroni, mis liiguvad nagu juhtmest konga rida. Siiski on vastupanu, sest ka elektronid põrkuvad juhuslikult.

Kuid kui metalli piisavalt jahutatakse, moodustavad elektronid nn Cooper paari. Elektronid on negatiivselt laetud, nii et nad tõmbavad metallis positiivselt laetud osakesi või ioone, jättes nende liikumise ajal veidi tihedama positiivse laengu. Selline positiivne laeng meelitab muid vabu elektrone, mille tulemuseks on nõrgalt seotud paar - üks teineteise taga.

Quantum-mehaanilised reeglid võimaldavad neil ilma häireteta sõideta läbi vase. Kuid see ei toimi, kui temperatuur on liiga kõrge, sest paarid lagunevad, kui elektronid on joodetud. [Vapus füüsika: lahedamad väikesed osakesed looduses]

Dopinguprotsess - mille käigus kemikaale rakendatakse metallile või muule ainele - lisandub materjalile avaused või positiivse laenguga ruumid, kus elektronid puuduvad. Tulemuseks on see, et kupraatidel olevatel elektronidel on rohkem ruumi liikumiseks, mistõttu külma temperatuuriga kadunud elektronid - või "triibud" - kaovad.

Ülijuhtide tegemine

Ehkki nähtus võib tunduda eosetrilisena, on see oluline samm suprajuhtivate materjalide kujundamisel, Davis ütles. "Seal oli kümneid konkureerivaid seletusi. Meie eksperiment näitas, et see oli lihtne seletus," ütles Davis.

Suprajuhtide temperatuuride tõstmisel on veel palju tööd. Brookhaveni meeskonna eksperiment tehti nelja kraadi Kelviniga või miinus 450° F (minus 268° C) - tunduvalt alla teoreetilise piiri. Suurema temperatuuri juures on vaja rohkem katseid valmistada legeeritud kuprataadiga. Sellest hoolimata märgib Davis, et kui ülijuhik võiks töötada vedela lämmastiku temperatuuril, siis vastupidi vedelale heeliumile vähendaks see kulusid palju.

Veelgi enam, teadmine, et "triibusid" tuleb vältida, võib aidata insenere ja teadlasi valida, milliseid aineid keskenduda ja kuidas veelgi suurendada ülijuhtide temperatuuri. "Kui materjalid teadlased teavad, milline on eesmärk, saavad nad selle nimel töötada," ütles Davis.

Isegi selle uue leidmisega on ülijuhtidel veel saladused. Kuigi Davise rühmitus on leidnud võimaluse triibutamise nähtuse leevendamiseks, on põhiosa mehhanism endiselt ebaselge.

Harvardi Ülikooli doktorikraad Yang He on üks teadlaste rühmas, kes õpivad ka ülijuhtuvust. Ta ütles oma avastustes, et faas, kus elektronid on osaliselt juhtivad ja osaliselt isoleerivad - nn pseudogap - tundub, et see areneb sujuvalt, olenemata sellest, mida materjali elektronid teevad. Pealegi tundub, et pseudogap-faasi elektronid osalevad ka ülijuhikus. "Kuid elektronid teevad kaks asja," ütles ta.

Uuring ilmub ajakirja Science teaduse 9. mai numbris.

Järgne meile @wordssidekick, Facebook & Google+. Algne artikkel WordsSideKick.com kohta.


Video Täiendada: .




ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com