Un nume greșit care duce la descoperire

Levitația unui magnet deasupra unui supraconductor. Credit: Jubobroff, Fbouquet, LPS CC BY-SA 3.0

O nouă teorie care ar putea explica cum apare superconductivitatea neconvențională într-un set divers de compuși nu s-ar fi putut întâmpla niciodată dacă fizicienii Qimiao Si și Emilian Nica ar fi ales un nume diferit pentru modelul lor de superconductivitate selectivă orbitală din 2017.

Într-un studiu publicat luna trecută la Barcelona npj Materiale cuantice, Si de la Rice University și Nica de la Arizona State University susțin că superconductivitatea neconvențională în unele materiale pe bază de fier și fermioni grei provine dintr-un fenomen general numit „împerechere singlet multiorbitală”.

În supraconductori, electronii formează perechi și curg fără rezistență. Fizicienii nu pot explica pe deplin cum se formează perechile în superconductorii neconvenționali, unde forțele cuantice duc la un comportament ciudat. Fermionii grei, un alt material cuantic, au electroni care par de mii de ori mai masivi decât electronii normali.

Si și Nica au propus ideea împerecherii selective în interiorul orbitalilor atomici în 2017 pentru a explica superconductivitatea neconvențională în selenurile de fier alcalin. În anul următor au aplicat modelul orbital-selectiv la materialul fermionic greu în care superconductivitatea neconvențională a fost demonstrată pentru prima dată în 1979.

Qimiao Si

Qimiao Si este profesor de fizică și astronomie la Harry C. și Olga K. Wiess de la Universitatea Rice și director al Centrului Rice pentru Materiale Cuantice. Credit: Jeff Fitlow / Universitatea Rice

Ei au considerat numele modelului conform unei expresii matematice înrudite care l-a făcut celebru pe pionierul cuantic Wolfgang Pauli, dar au ales să-l numească d + d. Numele se referă la funcțiile de undă matematice care descriu stările cuantice.

„Este ca și cum ai avea o pereche de electroni care dansează între ei”, au spus Si, Harry C. de la Rice și Olga K. Wiess, profesor de fizică și astronomie. „Puteți caracteriza acest dans prin canale de undă s, unde pi undă d, id + d se referă la două tipuri diferite de unde D care se îmbină într-unul singur.”

Emilian Nica

Emilian Nica este cercetător postdoctoral în fizică la Universitatea de Stat din Arizona. Credit: E. Nica

Anul după publicarea modelului d + d, Si a ținut multe prelegeri despre piesă și a constatat că membrii audienței confundă adesea numele cu „d + id”, numele unui alt stat. De cuplu pe care fizicienii îl susțin de peste un sfert de secol. .

„Oamenii veneau la mine după o prelegere și îmi spuneau:„ Teoria ta d + id este cu adevărat interesantă ”și au vrut să o spună ca un compliment, dar s-a întâmplat atât de des încât a devenit enervant”, a spus el. , el conduce, de asemenea, Centrul de orez pentru materiale cuantice (RCQM).

La mijlocul anului 2019, Si și Nica s-au întâlnit la prânz în timp ce vizitau laboratorul național Los Alamos și au început să împărtășească povești despre confuzia d + d versus d + id.

„Acest lucru a dus la o discuție cu privire la faptul dacă d + d ar putea fi legat de d + id într-un mod semnificativ și ne-am dat seama că nu este o glumă”, a spus Nica.

Conexiunea a implicat state d + di împerechere care au devenit celebre pentru descoperirea superfluidității heliului-3 câștigător al Premiului Nobel.

„Există două tipuri de stări de împerechere a superfluidelor lichide cu heliu-3, una numită faza B și cealaltă faza A”, a spus Nica. „Empiric, faza B este similară cu d + d, în timp ce faza A este aproape ca un d + id.”

Analogia sa dovedit a fi mai interesantă atunci când au vorbit despre matematică. Fizicienii folosesc calcule matriciale pentru a descrie stările cuantice de împerechere în heli-3 și acesta este și cazul modelului d + d.

„Aveți mai multe modalități de a organiza această matrice și ne-am dat seama că matricea noastră d + d pentru spațiul orbital era ca o formă diferită a matricei d + id care descrie împerecherea heliu-3 în spațiul de rotație”, a spus Nica.

Da, el a spus că asocierile cu stări de împerechere cu heliu-3 superfluide l-au ajutat pe el și pe Nica să facă o descriere mai completă a stărilor de împerechere atât în ​​superconductori pe bază de fier, cât și în fermioni grei.

„Pe măsură ce eu și Emil am vorbit mai mult, ne-am dat seama că tabelul periodic pentru împerecherea supraconductoare era incomplet”, a spus Si, referindu-se la graficul pe care îl folosesc fizicienii pentru a organiza stările de împerechere supraconductoare.

„Folosim simetrii, cum ar fi aranjamentele de zăbrele sau de rotație, sau dacă timpul de avansare sau retragere este echivalent, care este o simetrie de inversare a timpului, pentru a organiza posibile stări de împerechere”, a spus el. „Revelația noastră a fost că d + id poate fi găsit pe lista existentă. Puteți utiliza tabelul periodic pentru a-l construi. Dar d + d, nu poți. Este dincolo de tabelul periodic, deoarece tabelul nu include orbitali. “

Dacă orbitalii sunt importanți pentru a descrie comportamentul materialelor, cum ar fi supraconductorii pe bază de fier și fermionii grei, unde „corelațiile electroni-electroni foarte puternice joacă un rol crucial”.

„Pe baza muncii noastre, trebuie să extindem tabelul pentru a include indicii orbitali”, a spus Si.

Referință: „Împerecherea multiorbitală a singletului și superconductivitatea d + d” de Emilian M. Nica și Qimiao Si, 5 ianuarie 2021, npj Materiale cuantice.
DOI: 10.1038 / s41535-020-00304-3

Cercetarea a fost susținută de un grant de start-up de la Universitatea de Stat din Arizona, Departamentul de Energie (DE-SC0018197), Fundația Welch (C-1411) și Fundația Națională pentru Științe (PHY-1607611).

RCQM este un efort de cercetare multidisciplinar care valorifică punctele forte și parteneriatele globale ale mai mult de 20 de grupuri de cercetare Rice.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două...

ExoMars Orbiter surprinde fermitatea la locul de aterizare al craterului Mars Jezero

ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter a observat vehiculul NASA Perseverance Mars 2020, împreună cu o parașută și o carapace spate, un scut termic și o...

Reglarea cuantică în grafen avansează era comunicațiilor fără fir Terahertz de mare viteză

Tunelare cuantică. Credit: Daria Sokol / Biroul de presă MIPT Oamenii de știință de la MIPT, Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și Universitatea...

Un model agresiv bazat pe piață pentru dezvoltarea energiei de cuplare

Conceptul ARC Fusion Pilot Plant a fost dezvoltat la MIT ca o demonstrație a potențialului magneților supraconductori de temperatură înaltă de a reduce costurile...

Sug este mai important în cercetare decât potrivirea corectă a măștilor de față COVID

O echipă de cercetători care studiază eficacitatea diferitelor tipuri de măști de față a constatat că este cea mai bună protecție împotriva acesteia COVID-19,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.