Fizicienii descoperă un nou mecanism care permite magnetismului și superconductivității să coexiste în același material

Magnetismul poate fi generat pur și simplu prin trecerea unui curent printr-un fir, dar modul în care acesta interacționează cu alte fenomene fizice (cum ar fi superconductivitatea) este învăluit în mister. Credit: Universitatea din Bath

De ce materialele congelate pe bază de fier le fac magnetice și supraconductoare?

Fizicienii de la Universitatea din Bath, în colaborare cu cercetători din SUA, au descoperit un nou mecanism pentru a permite coexistența magnetismului și a supraconductivității în același material. Până acum, oamenii de știință nu puteau ghici decât cum ar putea fi posibilă această coexistență neobișnuită. Descoperirea ar putea duce la aplicații în tehnologiile energiei verzi și la dezvoltarea de dispozitive supraconductoare, cum ar fi hardware-ul computerului de generația următoare.

Ca regulă generală, supraconductivitatea (capacitatea unui material de a trece un curent electric cu o eficiență perfectă) și magnetismul (observat în lucrul cu magneți de frigider) fac colegii de pat săraci, deoarece alinierea particulelor magnetice electronice mici în feromagneti duce de obicei la distrugerea a perechilor de electroni responsabili de supraconductivitate. În ciuda acestui fapt, cercetătorii din Bath au descoperit că supraconductorul pe bază de fier RbEuFe4Cum4, care este supraconductoare sub -236 ° C, prezintă supraconductivitate și magnetism sub -258 ° C.

David Collomb, un student postuniversitar de cercetare în fizică, care a fost un membru cheie al echipei de cercetare condusă de profesorul Simon Bending, a explicat: „Există o stare în unele materiale în care, dacă le face foarte reci (semnificativ mai reci decât Antarctica), devin supraconductori. Dar pentru ca această superconductivitate să ducă la aplicații de nivel următor, materialul trebuie să-și arate coexistența cu proprietățile magnetice. Acest lucru ne-ar permite să dezvoltăm dispozitive care să funcționeze conform unui principiu magnetic, cum ar fi memoria magnetică și calculul folosind materiale magnetice, pentru a ne bucura și de avantajele superconductivității.

„Problema este că supraconductivitatea se pierde de obicei atunci când magnetismul este activat. Timp de mai multe decenii, oamenii de știință au încercat să exploreze un număr mare de materiale care au ambele proprietăți în același material și, recent, oamenii de știință au avut un anumit succes în fabricarea unui pumn din aceste materiale. Cu toate acestea, atâta timp cât nu înțelegem de ce este posibilă coexistența, vânarea acestor materiale nu se poate face cu un pieptene atât de fin.

„Această nouă cercetare ne oferă un material care are o gamă largă de temperaturi în care coexistă aceste fenomene și acest lucru ne va permite să studiem mai detaliat și mai detaliat interacțiunea dintre magnetism și superconductivitate. Sperăm că acest lucru ne va permite să identificăm mecanismul prin care această coexistență poate apărea. “

Într – un studiu publicat în Scrisori de recenzie fizică, echipa a investigat comportamentul neobișnuit al RbEuFe4Cum4 prin crearea hărților de câmp magnetic ale unui material supraconductor pe măsură ce temperatura scădea. Spre surprinderea lor, au descoperit că vârtejurile (punctele din materialul supraconductor unde pătrunde câmpul magnetic) au arătat o lărgire pronunțată în apropierea temperaturii de -258 ° C, indicând o puternică suprimare a supraconductivității la aprindere.

Cristale de aur

Stânga: O sticlă acoperită cu aur: Stratul de aur permite instrumentului de imagistică magnetică să ajungă la nanometri de la suprafața materialului. Dreapta: O imagine magnetică a unui segment al cristalului care arată vârtejurile (găurile întunecate) care au fost studiate. Credit: Universitatea din Bath

Aceste observații sunt de acord cu un model teoretic propus recent de Dr. Alexei Koshelev la Laboratorul Național Aronne din SUA. Această teorie descrie suprimarea supraconductivității prin fluctuații magnetice datorate atomilor de Eurium (Eu) ai cristalelor. Aici, direcția magnetică a fiecărui I atom începe să fluctueze și să se alinieze cu altele pe măsură ce materialul scade sub o anumită temperatură. Acest lucru face ca materialul să devină magnetic. Cercetătorii din baie au ajuns la concluzia că, deși supraconductivitatea este foarte slăbită de efectul magnetic, aceasta nu este complet distrusă.

„Acest lucru sugerează că în materialul nostru, magnetismul și supraconductivitatea sunt păstrate separate una de cealaltă în propriile lor sub-grile, care interacționează doar minim”, a spus Collomb.

„Această lucrare avansează în mod semnificativ înțelegerea noastră asupra acestor fenomene rare care coexistă și ar putea duce la posibile aplicații în dispozitivele supraconductoare ale viitorului. Se va genera o vânătoare mai profundă în materialele care arată superconductivitate și magnetism. Sperăm că încurajează și cercetătorii din domenii mai mult aplicat pentru a prelua unele dintre aceste materiale și pentru a fabrica dispozitive de computer de generația următoare.

“Sperăm că comunitatea științifică va intra treptat într-o eră în care trecem de la cercetarea cerului albastru la fabricarea dispozitivelor din aceste materiale. Peste un deceniu, am putut vedea prototipuri de dispozitive care folosesc această tehnologie și că fac o treabă reală ”.

Profesorul Bending a adăugat: „Rezultatul nostru principal, că apariția magnetismului suprimă puternic supraconductivitatea, este destul de surprinzător și, în acest sens, pare să contrazică măsurătorile anterioare în eșantioane foarte similare. Cu toate acestea, RbEuFe4Cum4 este un material extrem de complex în care electronii și găurile responsabile de supraconductivitate există în mai multe benzi separate. Fiecare dintre acestea contribuie cu o cantitate diferită la starea supraconductoare și interacționează diferit cu atomii magnetici ai europiului. Drept urmare, orice observație poate fi foarte sensibilă la detaliile exacte ale măsurătorii efectuate. “

Referință: „Observarea suprimării supraconductivității în RbEuFe4Cum4 de fluctuații magnetice corelate ”de D. Collomb, SJ Bending, AE Koshelev, MP Smylie, L. Farrar, J.-K. Bao, DY Chung, MG Kanatzidis, W.-K. Kwok și U. Welp, Scrisori de recenzie fizică.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.157001

Colaboratorii americani ai acestui proiect au fost laboratorul național din Aronne, Universitatea din Hofstra și Universitatea Northwestern.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.