Yeni bir araşdırma, elektron və istilik keçiriciliyini birləşdirən Wiedemann-Franz qanununun mis oksidli superkeçiricilər üçün hələ də etibarlı olduğunu iddia edir. Tədqiqat göstərir ki, kvant materiallarında uyğunsuzluqlar şəbəkə vibrasiyası kimi qeyri-elektron amillərdən qaynaqlanır. Bu tapıntı qeyri-ənənəvi superkeçiriciləri anlamaq üçün əhəmiyyətlidir və bu sahədə irəliləyişlərə səbəb ola bilər. Kredit: SciTechDaily.com

Bu təəccüblü nəticə qeyri-ənənəvi superkeçiriciləri və elektronların birgə hərəkət etmək üçün birləşdiyi digər materialları başa düşmək üçün vacibdir.

Tədqiqatçılar elektronu və onun elektrik cərəyanının yaranmasındakı rolunu kəşf etməzdən çox əvvəl onlar elektrik haqqında bilirdilər və onun potensialını araşdırırdılar. Erkən öyrəndikləri bir şey metalların həm elektrik, həm də istilik keçiriciləri olması idi.

Wiedemann-Franz qanununun kəşfi

1853-cü ildə iki alim metalların bu iki heyranedici xassəsinin bir növ əlaqəli olduğunu göstərdi: İstənilən temperaturda elektron keçiriciliyin istilik keçiriciliyinə nisbəti onların sınaqdan keçirdikləri istənilən metalda təxminən eyni idi. Bu Wiedemann-Franz qanunu o vaxtdan bəri qüvvədədir – elektronların fərdi hissəciklər kimi davranmasını dayandırdığı və bir növ elektron şorbasına çevrildiyi kvant materialları istisna olmaqla. Eksperimental ölçmələr göstərdi ki, 170 illik qanun bu kvant materiallarında və xeyli dərəcədə parçalanır.

Bir illüstrasiya kvant materialının istidən soyuq bölgələrinə istilik və yük daşıyan güclü qarşılıqlı əlaqədə olan elektronları göstərir. SLAC, Stanford və İllinoys Universiteti tərəfindən aparılan nəzəri araşdırma, kupratlarda istilik nəqlinin yük daşıma nisbətinin – elektronların birlikdə parıldadığı və kooperativ fəaliyyət göstərdiyi bu kimi kvant materiallarının nisbətinin normal metallardakı nisbətə oxşar olması lazım olduğunu tapdı. burada elektronlar fərd kimi davranır. Bu təəccüblü nəticə 170 illik Wiedemann-Franz qanununun kvant materiallarına aid olmadığı fikrini alt-üst edir. Kredit: Greg Stewart/SLAC National. Sürətləndirici Laboratoriya

Kvant materiallarına dair yeni anlayışlar

İndi, Enerji Departamentinin SLAC Milli Sürətləndirici Laboratoriyası, Stanford Universiteti və İllinoys Universitetinin fizikləri tərəfindən irəli sürülən nəzəri arqument, qanunun əslində bir növ kvant materialı üçün – mis oksidi superkeçiriciləri və ya nisbətən yüksək temperaturda elektrik cərəyanını itkisiz keçirən kupratlar.

Noyabrın 30-da “Science” jurnalında dərc olunan məqalədə onlar təklif edirlər ki, əgər yalnız kupratlarda olan elektronlar nəzərə alınarsa, Wiedemann-Franz qanunu hələ də təxminən qüvvədə olmalıdır. Onlar təklif edirlər ki, materialın atom şəbəkəsindəki titrəyişlər kimi digər amillər qanunun tətbiq olunmadığı kimi görünən eksperimental nəticələri nəzərə almalıdır.

Qeyri-ənənəvi Superkeçiriciləri Anlamaq

Bu təəccüblü nəticə qeyri-ənənəvi superkeçiriciləri və digər kvant materiallarını başa düşmək üçün vacibdir, deyə məqalənin aparıcı müəllifi və SLAC-da Stenford Materiallar və Enerji Elmləri İnstitutunun (SIMES) doktorantı Wen Wang bildirib.

“Orijinal qanun elektronların bir-biri ilə zəif qarşılıqlı əlaqədə olduğu və materialın qəfəsindəki qüsurlardan sıçrayan kiçik toplar kimi davrandığı materiallar üçün hazırlanmışdır” dedi Wang. “Biz qanunu nəzəri olaraq bunların heç birinin doğru olmadığı sistemlərdə sınaqdan keçirmək istədik.”

Kvant soğanının soyulması

Elektrik cərəyanını müqavimətsiz keçirən superkeçirici materiallar 1911-ci ildə kəşf edilmişdir. Lakin onlar o qədər aşağı temperaturda işləyirdilər ki, onların faydalılığı kifayət qədər məhdud idi.

Bu, 1986-cı ildə, yüksək temperatur və ya qeyri-ənənəvi superkeçiricilər adlanan ilk ailənin – kupratların kəşf edildiyi zaman dəyişdi. Kupratlar hələ də öz sehrlərini işləmək üçün həddindən artıq soyuq şərait tələb etsə də, onların kəşfi superkeçiricilərin nə vaxtsa otaq temperaturuna çox yaxın işləyə biləcəyinə dair ümidləri artırdı və bu, itkisiz elektrik xətləri kimi inqilabi texnologiyalara imkan verdi.

Təxminən dörd onillik tədqiqatlardan sonra bu məqsəd hələ də çətinləşir, baxmayaraq ki, super keçirici dövlətlərin mövcudluğu və mövcudluğu şərtlərini başa düşməkdə bir çox irəliləyiş əldə edilmişdir.

Nəzəri Tədqiqatların Rolu və Hubbard Modeli

Güclü superkompüterlərin köməyi ilə həyata keçirilən nəzəri tədqiqatlar bu materiallar üzərində aparılan təcrübələrin nəticələrini şərh etmək və eksperimental əlçatmaz olan hadisələri başa düşmək və proqnozlaşdırmaq üçün vacib olmuşdur.

Bu tədqiqat üçün SIMES komandası elektronların müstəqil fəaliyyətini dayandırdığı və gözlənilməz hadisələr yaratmaq üçün qüvvələri birləşdirdiyi sistemləri simulyasiya etmək və təsvir etmək üçün vacib alətə çevrilən Hubbard modeli kimi tanınan model əsasında simulyasiyalar apardı.

Nəticələr göstərir ki, yalnız elektron nəqlini nəzərə aldıqda, elektron keçiriciliyin istilik keçiriciliyinə nisbəti Wiedemann-Franz qanununun proqnozlaşdırdığına yaxınlaşır, Wang dedi. “Beləliklə, təcrübələrdə görünən uyğunsuzluqlar, Hubbard modelində olmayan fononlar və ya şəbəkə vibrasiyaları kimi başqa şeylərdən qaynaqlanmalıdır” dedi.

Gələcək tədqiqat istiqamətləri

SIMES işçisi alimi və kağızın həmmüəllifi Brian Moritz dedi ki, tədqiqat vibrasiyaların uyğunsuzluqlara necə səbəb olduğunu araşdırmasa da, “sistem hələ də elektronlar arasında yük və istilik daşımaları arasında uyğunluq olduğunu bilir. Bu, ən təəccüblü nəticə idi”.

Buradan o, əlavə etdi: “Bəlkə bir az daha başa düşmək üçün soğanın qabığını soyaq.”