Supravodivosť bola objavená v roku 1911, ale jej vlastnosti a vlastnosti ešte neboli úplne študované. Nový výskum nanodrôtov pomáha pochopiť, ako sa tento jav stráca.
Problém s chladením nápojov v horúcom lete je klasická lekcia fázových zmien. Musia sa študovať, látka sa musí zohriať a musí sa sledovať zmena jej vlastností. Keď dosiahnete takzvaný kritický bod, pridajte vodu alebo teplo - a sledujte, ako sa látka premieňa na plyn (alebo paru).
Teraz si predstavte, že ste všetko ochladili na veľmi nízke teploty - a to tak, že všetky tepelné účinky zmizli. Vitajte v kvantovej realite, kde tlak a magnetické pole nijako neovplyvňujú vznik nových fáz! Tento jav sa nazýva kvantový fázový prechod. Na rozdiel od konvenčného prechodu formuje kvantový prechod úplne nové vlastnosti, napríklad supravodivosť (v niektorých materiáloch).
Ak na supravodivý kov privediete napätie, elektróny budú prechádzať materiálom bez odporu a elektrický prúd bude prúdiť neobmedzene dlho, bez spomalenia alebo vytvárania tepla. Niektoré kovy sa stávajú supravodivými pri vysokých teplotách, čo je dôležité v prípade prenosu energie a spracovania údajov na báze supravodičov. Vedci objavili tento jav pred 100 rokmi, ale samotný mechanizmus supravodivosti zostáva záhadou, pretože väčšina materiálov je príliš zložitá na to, aby podrobne pochopili fyziku kvantového fázového prechodu. Najlepšou stratégiou v tomto prípade je zamerať sa na učenie menej zložitých modelových systémov.
Fyzici z univerzity v Utahu zistili, že supravodivé nanodrôty vyrobené zo zliatiny molybdén-germánium prechádzajú kvantovými fázovými prechodmi zo supravodivého kovu na obyčajný kov, keď sú umiestnené v bežnom magnetickom poli pri nízkych teplotách. Táto štúdia najskôr odhalila mikroskopický proces, pri ktorom materiál stráca svoju supravodivosť: magnetické pole rozkladá páry elektrónov - Cooperove páry interagujúce s inými pármi rovnakého typu - a tie zažívajú tlmiacu silu z nepárových elektrónov v systéme.
Výskum je podrobne opísaný v kritickej teórii, ktorú navrhol Adrian Del Maestro, odborný asistent na univerzite vo Vermonte. Teória presne opísala, ako vývoj supravodivosti závisí od kritickej teploty, veľkosti a orientácie magnetického poľa, prierezu nanodrôty a mikroskopických charakteristík materiálu, z ktorého je vyrobený. Toto je prvýkrát v oblasti supravodivosti, že všetky podrobnosti kvantového fázového prechodu sú predpovedané teóriou, potvrdenou na skutočných objektoch v laboratóriu.
"Kvantové fázové prechody môžu znieť veľmi exoticky, ale sú pozorované v mnohých systémoch - od centier hviezd po atómové jadrá, ako aj od magnetov po izolátory," uviedol Andrey Rogachev, odborný asistent na univerzite v Utahu a hlavný autor štúdie. "Keď pochopíme kvantové vibrácie v tomto jednoduchšom systéme, môžeme hovoriť o každom detaile mikroskopického procesu a aplikovať ho na zložitejšie objekty."
Propagačné video: