Mara Johnson-Groh, Simons Fondu tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Tədqiqatçılar ilk dəfə olaraq elektron cütlərinin superkeçiricidə necə davrandığını görüntüləyiblər. Müəllif: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Fondu

Alimlər ilk dəfə olaraq, cütləşmiş elektronların kifayət qədər aşağı temperaturda müqavimətsiz elektrik cərəyanının axmasına səbəb olduğu superkeçiriciliyin əsasını təşkil edən kvant prosesini birbaşa görüntüləyiblər. Nəticələr gözlədikləri kimi olmayıb.

15 apreldə Physical Review Letters jurnalında dərc olunmuş tədqiqatda alimlər, demək olar ki, mütləq sıfıra qədər soyudulmuş xüsusi bir qazda fərdi atomların birləşdiyini birbaşa təsvir etdilər – bu, əşyaların nə qədər soyuya biləcəyinin əlçatmaz həddidir. Fermi qazı adlanan qaz növü , alimlərə elektronları atomlarla əvəz etməyə və superkeçiricilərin fizikasını nəzarətli şəkildə araşdırmağa imkan verir.

Təəccüblüdür ki, alimlər cütləşdikdən sonra atomların sinxron rəqs şəklində hərəkət etdiyini və mövqelərinin digər cütlərin mövqelərindən asılı olduğunu aşkar etdilər. Bu fenomen 70 illik Nobel mükafatı qazanmış superkeçiricilik nəzəriyyəsi tərəfindən proqnozlaşdırılmamışdı.

Parisdəki Fransa Milli Elmi Tədqiqat Mərkəzinin (CNRS) Kastler Brossel Laboratoriyasının eksperimental tədqiqat rəhbəri Tarik Yefsah deyir ki, “Təcrübəmiz göstərdi ki, bu nəzəriyyədə keyfiyyətcə bir şey çatışmır”. Yefsah və CNRS-dəki digər eksperimental fiziklər yeni tədqiqat üzərində Simons Fondunun Flatiron İnstitutundan Şivei Zhang da daxil olmaqla nəzəri fiziklərlə əməkdaşlıq ediblər.Kredit: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Fondu

Bu tapıntılar alimlərin superkeçiricilik haqqında fundamental anlayışına mühüm yeni bir detal qatır və müasir fizikanın müqəddəs bir hissəsi olan, ultra səmərəli elektrik şəbəkələri və elektron cihazlara imkan verəcək otaq temperaturunda superkeçiricilərin axtarışına kömək edə bilər.

Superkeçiricilik adətən Yer kürəsində təbii olaraq mövcud olan hər hansı bir temperaturdan çox aşağı temperatura qədər soyudulmuş xüsusi metallarda baş verir. Bu materiallar kritik bir temperaturdan aşağı düşdükdən sonra, bal salonundakı rəqqaslar kimi elektronları cütləşdirən kvant effekti səbəbindən onların elektrik müqaviməti sıfıra enir. Superkeçiriciliyin bu əsas fizikası ilk dəfə 1950-ci illərdə Amerika fizikləri Con Bardin, Leon Kuper və Con Robert Şriffer tərəfindən bir nəzəriyyədə təsvir edilmişdir.

Lakin ixtiraçılarının adını daşıyan BCS nəzəriyyəsi yalnız təxmini bir çərçivədir; o, superkeçiriciliyin bütün aspektlərini təsvir edə bilməz və bütün növ superkeçiriciləri izah edə bilməz. Fiziklər bir şeyin çatışmadığını bilirdilər, lakin illərlə aparılan tədqiqatlara baxmayaraq, nəyin çatışmadığını dəqiq bilmirdilər.

Flatiron İnstitutunun Hesablama Kvant Fizikası Mərkəzinin (CCQ) baş tədqiqatçısı və qrup rəhbəri Zhang deyir: “BCS nəzəriyyəsi bizə superkeçiriciliyin elektronların cütləşmə meylinə malik olması səbəbindən yarandığını deyir. Lakin bu, təxmini bir nəzəriyyədir və cütlərin necə qarşılıqlı təsir göstərdiyi barədə bizə heç nə demir.” Həqiqətən də, BCS nəzəriyyəsi cütlərin bir superkeçirici boyunca müstəqil şəkildə paylandığını irəli sürür, buna görə də müəyyən bir nöqtənin yaxınlığında bir cüt tapma ehtimalı yaxınlıqdakı cütlərin olması və ya olmaması ilə əlaqəli deyil.

Kvant bal salonuna daha yaxından nəzər salın

Yeni tədqiqatda CNRS-dən olan bir qrup eksperimental fizik, cütlərarası korrelyasiyanın fizikasını araşdırmaq üçün CCQ-dakı nəzəri fiziklərlə bir araya gəldi.

Yeni hazırlanmış görüntüləmə metodundan istifadə edərək , eksperimental fiziklər cütlərin nisbi mövqelərinin anlıq görüntülərini çəkdilər. Alimlər mütləq sıfırdan bir neçə milyardda bir dərəcə Selsiyə qədər soyudulmuş litium atomlarından hazırlanmış xüsusi bir qaz qarışığından istifadə etdilər. Bu temperaturlarda atomlar elektronları da əhatə edən fundamental hissəciklər sinfi olan fermionlar kimi çıxış edirlər. Bu fermionların hamısı eyni cütləşmə fizikasına əməl etdiyindən, atomlar superkeçiricilərdə elektron davranışını öyrənmək üçün uyğun əvəzedicilərdir.

Görüntülər göstərir ki, cütləşmiş atomların mövqeləri digər cütlüklərin mövqelərindən təsirlənib. Yefsah deyir ki, rəqs edən cütlüklər bal zalında digər rəqqaslardan məsafə saxladıqları kimi, cütləşmiş atomlar da digər cütləşmiş atomlardan ayrı qalıblar. Bu tapıntı tarixi BCS nəzəriyyəsində olmayan bu sistemlər haqqında yeni bir anlayış əlavə edir.

“BCS nəzəriyyəsi bizə bal zalının xaricindən bir mənzərə verir, orada musiqini eşidə və rəqqasların çıxdığını görə bilərik, amma bal zalında nə baş verdiyini bilmirik”, Yefsah deyir. “Bizim yanaşmamız bal zalının içərisinə geniş bucaqlı kamera çəkmək kimidir. İndi rəqqasların necə cütləşdiyini və bir-birlərinə necə diqqət yetirdiyini görə bilərik ki, bir-birlərinə dəyməsinlər.”

Çjan və onun CCQ-dakı keçmiş postdoktorantura tədqiqatçısı, Çinin Şimal-Qərb Universitetinin Müasir Fizika İnstitutundan Yuan-Yao He nəticələri təsdiqləmək üçün çalışdılar. Onlar eyni sistemi dəqiq şəkildə modelləşdirən kvant mexanikasından istifadə edərək ədədi simulyasiya apardılar. Onların simulyasiyasının nəticəsi eksperimental tapıntılarla uyğun gəldi və BCS nəzəriyyəsində çatışmayan detalları, o cümlədən cütləşmiş “rəqqaslar” arasındakı ayrılmanı aşkar etdi.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Niyə bu, gələcək super keçiricilər üçün vacibdir

Bu tapıntılar alimlərin ifratkeçiricilər və fermionlardan ibarət digər kvant materialları haqqında fundamental anlayışlarını genişləndirir. Fundamental fizikadakı bu cür irəliləyişlər oyunu dəyişdirən yüksək temperaturlu ifratkeçiricilərin inkişafı üçün vacibdir.

1980-ci illərdə metal ərintiləri ilə təcrübə aparan alimlər, maye azotun temperaturuna yaxın temperaturda – hələ də mənfi 196 dərəcə Selsi (mənfi 321 dərəcə Farengeyt) superkeçiricilik nümayiş etdirən yeni bir sözdə yüksək temperaturlu superkeçiricilər sinfini kəşf etdilər . Alimlər bu ərintilərin niyə bu nisbətən yüksək temperaturda superkeçirici ola biləcəyini hələ də anlamayıblar. Lakin superkeçiriciliyin daha yaxşı başa düşülməsi ilə elm adamları gündəlik mühitimizdəki temperaturda işləyən və elektrik şəbəkələrinin və superkompüterlərin səmərəliliyini əhəmiyyətli dərəcədə artıra biləcək superkeçiricilər hazırlamağa ümid edirlər.

“Bu sadə halı başa düşməklə, daha mürəkkəb sistemləri öyrənmək üçün alətlərimizi təkmilləşdirə bilərik”, deyə Çjan bildirir. “Daha mürəkkəb sistemlər isə keçmişdə bir çox texnoloji irəliləyişlərə səbəb olan maddənin yeni fazalarını axtardığımız yerlərdir.”

Nəşr detalları

Anonim, Güclü qarşılıqlı təsir göstərən Fermi qazında fəza yükü və spin korrelyasiyalarının müşahidəsi, Fiziki İcmal Məktubları (2026). DOI: 10.1103/2t2k-3ftx

Jurnal məlumatları: Fiziki icmal məktubları 

Əsas anlayışlar

Soyuq atomlar və maddə dalğalarıSuperkeçiricilikAtom sistemləriKvant çoxcisimli sistemlərKvant Monte KarloSoyutma və tələ qurma

Simons Fondu tərəfindən təmin edilir