Wissenschaftler haben einen grundlegenden Prozess entdeckt, der dafür erforderlich ist Supraleitung Dies kann bei höheren Temperaturen passieren als bisher angenommen. Dies könnte ein kleiner, aber wichtiger Schritt auf der Suche nach einem der „heiligen Gral“ der Physik sein, einem Raumtemperatur-Supraleiter.
Die Entdeckung, die im Inneren eines unerwarteten Materials, eines Dielektrikums, gemacht wurde, enthüllt die Paarung von Elektronen bei Temperaturen von bis zu minus 123 Grad Celsius – eine der geheimen Zutaten für den Stromfluss, der bei Kälte nahezu keinen Energieverlust verursacht Supraleitende Materialien Extrem.
Bisher rätseln Physiker immer noch darüber, warum das so ist. Aber das zu verstehen, könnte ihnen helfen, Supraleiter zu finden, die bei Raumtemperatur funktionieren. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse am 15. August in der Fachzeitschrift Wissenschaften.
„Die Elektronenpaare sagen uns, dass sie bereit sind, ein Supraleiter zu werden, aber etwas hält sie davon ab“, sagt der Co-Autor Ki Jun ChoDoktorand in angewandter Physik an der Stanford University, Das sagte er in einer Erklärung„Wenn wir einen neuen Weg finden, Paare zu synchronisieren, können wir ihn möglicherweise auf den Bau von Supraleitern für höhere Temperaturen anwenden.“
Supraleitung entsteht durch die Wellen, die Elektronen hinterlassen, wenn sie sich durch ein Material bewegen. Bei ausreichend niedrigen Temperaturen ziehen diese Wellen Atomkerne zueinander an, was wiederum eine leichte Ladungsverschiebung verursacht, die ein zweites Elektron zum ersten anzieht.
Normalerweise sollten sich die beiden negativen Ladungen gegenseitig abstoßen. Doch stattdessen passiert etwas Seltsames: Die Elektronen verbinden sich zu einem „Kupferpaar“.
Bezogen auf: Raum.com/satellites-re-entering-magnetosphere-effects-study“ style=“text-decoration: underline; box-sizing: border-box;“>Trümmer von brennenden Satelliten können das Erdmagnetfeld beeinflussen
Die Cooper-Paare verfolgen unterschiedliche Ansätze Quantenmechanik Diese Cooper-Paare unterscheiden sich von denen einzelner Elektronen. Anstatt in einer Energiehülle verpackt zu sein, verhalten sie sich wie Lichtteilchen, von denen unendlich viele gleichzeitig denselben Punkt im Raum besetzen können. Wenn im gesamten Material genügend dieser Cooper-Paare erzeugt werden, wird es zu einer supraflüssigen Flüssigkeit, die ohne Energieverlust aufgrund des elektrischen Widerstands fließt.
Die ersten Supraleiter, die 1911 von der niederländischen Physikerin Heike Kamerlingh Onnes entdeckt wurden, gingen bei unvorstellbar niedrigen Temperaturen in einen Zustand ohne elektrischen Widerstand über – nahe Absoluter Nullpunkt (minus 459,67 Grad Fahrenheit oder minus 273,15 Grad Celsius). 1986 entdeckten Physiker jedoch ein kupferbasiertes Material namens Cuprit, das bei der viel höheren (aber immer noch sehr kalten) Temperatur von minus 211 F (minus 135 °C) zum Supraleiter wird.
Die Physiker hofften, dass diese Entdeckung sie zu Raumtemperatur-Supraleitern führen würde. Die Erkenntnisse darüber, was Cuprate zu ihrem ungewöhnlichen Verhalten veranlasst, haben sich jedoch verlangsamt, und letztes Jahr wurden virale Behauptungen über Supraleiter, die bei Raumtemperatur lebensfähig sind, schließlich… Vorwurf der Datenfälschung Und Enttäuschung.
Zur weiteren Untersuchung wandten sich die Wissenschaftler hinter der neuen Forschung Kupfer, Cer und Neodymoxid zu. Die maximale supraleitende Temperatur des Materials beträgt minus 414,67 Grad Fahrenheit (minus 248 Grad Celsius), daher haben sich die Wissenschaftler nicht viel Mühe gegeben, es zu untersuchen. Doch als die an der Studie beteiligten Forscher ultraviolettes Licht auf seine Oberfläche richteten, bemerkten sie etwas Seltsames.
Wenn Lichtstrahlen oder Photonen normalerweise auf Becher mit ungepaarten Elektronen treffen, geben die Photonen den Elektronen genügend Energie, um sie aus dem Material herauszuschlagen, wodurch sie viel Energie verlieren. Aber die Elektronen in Cooper-Paaren können dem Photonenausstoß widerstehen, wodurch das Material nur wenig Energie verliert.
Obwohl der Nullwiderstandszustand nur bei sehr niedrigen Temperaturen auftritt, stellten die Forscher fest, dass die Energielücke im neuen Material bis zu 150 K bestehen blieb und dass die Kopplung seltsamerweise bei den meisten Proben am stärksten war, die dem Fluss am besten standhalten konnten elektrischer Strom.
Dies bedeutet, dass es zwar unwahrscheinlich ist, dass Cuprit bei Raumtemperatur supraleitend wird, es aber einen Hinweis darauf geben könnte, dass ein Material gefunden wird, das dies kann.
„Unsere Ergebnisse eröffnen einen potenziell fruchtbaren neuen Weg nach vorne. Wir planen, diese Kopplungslücke in Zukunft zu untersuchen, um die Entwicklung von Supraleitern mit neuen Methoden zu unterstützen“, sagte Hauptautor Qi Xun Chen, Professor für Physik an der Stanford University, in der Erklärung. „Einerseits planen wir, mit ähnlichen experimentellen Ansätzen mehr Einblick in diesen losen Kopplungszustand zu gewinnen. Andererseits wollen wir Wege finden, diese Materialien zu manipulieren, um diese losen Paarungen zur Synchronisierung zu zwingen.“
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