Voran auf der Suche nach Null-Widerstand Fragen, Materialien

Das Geheimnis wie Hochtemperatur-Supraleiter Arbeit hat 30 Jahre lang ausgehalten, aber eine neue Studie könnte dazu beitragen, es zu entwirren.

Diese Materialien, die ohne elektrischen Widerstand unterhalb einer bestimmten Temperatur haben, haben eine breite Palette von Anwendungen, gehindert werden effizienter elektrischen Netze zur Schaffung von besseren Supercomputer und magnetisch levitierte Züge.

Ein Team von Wissenschaftlern die elektronische Struktur von Hochtemperatur-Supraleitern in einem nonsuperconductive Zustand gemessen und festgestellt, dass die Wellen der elektrischen Ladung verdrehte Taschen von Elektronen, welches paar bis zu Ertrag Supraleitung produzieren. [Die 9 größten ungelösten Rätsel der Physik]

Die Ergebnisse detailliert 15.Juni in der Zeitschrift Nature, den Weg zum entdecken neue supraleitende Materialien weisen könnte, sagen Forscher.

Hochleistungswerkstoffe

Die meisten Materialien sind entweder Leiter von Elektrizität oder Isolatoren. Dirigenten haben in der Regel etwas Widerstand, so dass einige des elektrischen Stromes (in der Regel als Wärme) abgeführt wird. Aber Supraleiter sind die "perfekten" Dirigenten.

"Wenn man ein Ring aus supraleitendem Material, aktuelle über das Alter des Universums, Sie weiter fließen würde", sagte Studie Forscher Suchitra Sebastian, ein angewandter Physiker an der Universität Cambridge in England.

Forscher entdeckten die ersten Supraleiter vor etwa 100 Jahren durch Metalle wie Kupfer, Quecksilber und Blei unter minus 406 Grad Fahrenheit (minus 243 Grad Celsius), nahe dem absoluten Nullpunkt abkühlen. Dies erfordert flüssiges Helium, das ist nicht praktikabel, zu erhalten. Dann, vor etwa 30 Jahren Wissenschaftler entdeckten sogenannten Hochtemperatur-Supraleiter-Oxide Kupfer – diese Funktion bei nur minus 211 Grad F (minus 135 Grad Celsius).

In einer normalen Metall, Elektronen Reisen auf eigene Faust und Beule in einander, sondern in einem Supraleiter Reisen sie zu zweit, die ihnen ermöglichen, glatt, ohne Energie fließen. "Es ist wie mit Bahnen in Verkehr," sagte Sebastian.

Wissenschaftler wissen bereits, dass in Tieftemperatur-Supraleiter, die Kristallstruktur des Materials was ist "die Elektronen in Paare klebt". Aber was die Elektronen im Hochtemperatur-Supraleiter zusammenhält ein Rätsel gewesen, die es schwierig zu wissen, wo Sie ähnliche Materialien finden gemacht hat, sagte sie.

Verdrehte Taschen

Um zu verstehen was macht Materialien supraleitende, Sebastian arbeitet mit Cupraten – dünne Platten aus Kupfer und Sauerstoff getrennt von anderen Arten von Atomen.

"Zuerst, ich versuche zu töten ihre Supraleitfähigkeit," sagte sie. Manche Menschen tun dies durch Erhitzen des Materials über die supraleitenden Temperatur, die die Elektronenpaaren bricht. Diese Temperaturänderung kann haben Nebeneffekte, aber stattdessen Sebastian verwendet ein starkes Magnetfeld über eine Million mal die Stärke des Erdmagnetfeldes, die verbannt Supraleitung durch das Brechen der Elektronenpaaren.

Während das Material in diesem Nonsuperconducting Zustand befand, Sebastian und ihre Kollegen gemessen Änderungen im Widerstand, bekannt als Quanten Schwingungen, die die Struktur der Elektronen zu offenbaren.

Die bisherige Forschung vorgeschlagen, dass Elektronen "Taschen" in den meisten stark supraleitenden Regionen gebildet, aber stattdessen Sebastian fand, dass Elektronen Form Taschen an den Standorten verdreht wo Supraleitung am schwächsten ist.

Wellen kostenlos

Sebastian fand auch, dass Wellen von Elektronen, bekannt als kostenlos bestellen, was diese Taschen von Elektronen zu produzieren und führen das Material Supraleitung. Nur wie ein Magnet von Teilchen durch eine Form der Dynamik genannt Spin ausgerichtet zusammengesetzt ist, enthält ein Material mit kostenlos Bestellung Partikel, die durch positive oder negative Ladung ausgerichtet sind.

Wohl wissend, dass der normale Zustand ein Hochtemperatur-Supraleiter diese Wellen kostenlos enthält Wissenschaftler mit Hinweisen für wo andere Supraleiter suchen liefern könnten, sagte Sebastian.

Andere Studien haben diese Materialien in den supraleitenden Zustand zu verstehen, warum Elektronen fließen manchmal glatt und ein andermal erhalten oben gestaut untersucht. Aber diese Studien nicht zeigen, wie die normalen Materialstruktur supraleitenden wurde.

"Angesichts der Tatsache, dass unser Experiment direkt die Auswirkungen der Bestellung kostenlos auf die elektronische Struktur sieht, und die elektronische Struktur eng mit Supraleitung verwandt ist – die ergänzende Experimente kommen zusammen in einer sehr starken Weise", sagte Sebastian.

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