Фізики з МІТ експериментально довели, що найтонший надпровідник має унікальні властивості. Йому вже пророкують застосування в галузі медичної діагностики, квантових обчислень і транспортування енергії. Про це пише журнал Nature Communications.
Фото Від Rost-9D
Предмет досліджень належить до класу надпровідників, які стають надпровідними при температурах, які на порядок перевищують їх звичайні аналоги, що спрощує їх практичне застосування. Звичайні надпровідники працюють тільки при температурах близько -263,15 градуса Цельсія.
Однак ці так звані високотемпературні надпровідники досі повністю не вивчені. «Їх мікроскопічні порушення і динаміка необхідні для розуміння надпровідності, але після 30 років досліджень багато питань все ще залишаються відкритими», – говорить Ріккардо Комин, доцент кафедри фізики в Массачусетському технологічному інституті.
У 2015 році вчені відкрили новий вид високотемпературного надпровідника: лист селеніду заліза товщиною всього в один атомний шар, здатний до надпровідності при температурі -208,15 градуса Цельсія. Навпаки, масивні зразки з того ж матеріалу проявляють надпровідність при набагато нижчій температурі (-265,15 градуса Цельсія). Відкриття викликало цілий шквал розслідувань.
У звичайному металі електрони поводяться, так само як окремі люди, які танцюють в кімнаті. У надпровідному металі електрони рухаються парами, як пари в танці. І всі ці пари рухаються в унісон, як якби вони були частиною квантової хореографії, що в кінцевому підсумку призвело до створення свого роду електронної надплинності.
Вченим давно відомо, що у звичайних надпровідниках «клей», що утримує електрони разом, утворюється в результаті руху атомів всередині матеріалу. «Якщо ви подивитеся на тверде тіло, що сидить на столі, здається, що воно нічого не робить», – каже Комин. Однак багато що відбувається в наномасштабі. Усередині цього матеріалу електрони літають у всіх можливих напрямках, а атоми деренчать; вони вібрують. У звичайних надпровідниках електрони використовують енергію, накопичену під час руху атома, для утворення пар.
- Процес еволюції пришвидшився
- Магнітні кульки використовували для швидкого пошуку бактерій в їжі і воді
- Зайві кілограми в пізньому віці допоможе прожити довше
«Клей», що стоїть за з’єднанням електронів у високотемпературних надпровідниках, інший. Вчені припустили, що він пов’язаний з певною властивістю електронів — спіном. «Обертання можна розглядати як елементарний магніт», – розповідає асистент фізика з Брукхейвенської національної лабораторії Джонатан Пелліціарі. Ідея полягає в тому, що в високотемпературному надпровіднику електрони можуть забирати частину енергії від цих спинив. І ця енергія — і є той «клей», який вони використовують для створення пари.
По цей час більшість фізиків думали, що неможливо виявити або виміряти спінові збудження в матеріалі товщиною всього лише атомний шар. Але фізики не тільки виявили спінові збудження, але, серед іншого, вони також показали, що спінова динаміка в ультратонкому зразку різко відрізняється від динаміки спіна в масивному зразку. Зокрема, енергія флуктуючих спінів в ультратонкому зразку була набагато вище — в чотири або п’ять разів — ніж енергія спінів в масивному зразку. Для дослідження використовувався прилад для резонансного непружного розсіяння рентгенівських променів (RIXS).
«Це перший експериментальний доказ наявності спінових збуджень в атомарному тонкому матеріалі», – каже Пелліціарі.
Натхнення: hightech.fm