Výzkumníci ve fyzice objevují nový typ „podivného kovu“

Tým fyziků ze Spojených států a Číny zjistil neočekávané projevy podivné metalicity v materiálu, ve kterém elektrický náboj není nesen elektrony, ale více „vlnovými“ entitami nazývanými Cooperovy páry. (Pozn. Naší Pravdy: Cooperovy páry jsou příčinou supravodivosti, za kterou byla v roce 1972 udělena Nobelova cena za fyziku. Jev je nazván podle amerického fyzika Leona Coopera, který jej v roce 1956 poprvé popsal.)

Rastrovací elektronová mikroskopie: obraz nanopatternovaného YBa2Cu3O7-δ (YBCO) tenkého filmu. Tenká vrstva YBCO o tloušťce 12 nm byla vyrobena leptáním reaktivních iontů přes membránu anodického oxidu hlinitého Al2O3 (AAO) přímo umístěnou na vrcholu YBCO. Eloxovaný oxid hlinitý Al2O3 jako vzor trojúhelníkového pole otvorů o průměru 70 nm s periodou o délce 103 nm byl duplikován na YBCO filmu.

Leon Cooper (* 28. února 1930) je amer. fyzik a nositel Nobelovy ceny za fyziku za rok 1972.

Podivné kovy, také známé jako non-Fermi kapaliny, jsou třídou materiálů, které nedodržují tradiční elektrická pravidla. Jejich chování bylo poprvé objeveno před 30 lety v materiálech zvaných kupráty. Tyto materiály oxidu mědi jsou nejznámější jako vysokoteplotní supravodiče, což znamená, že vedou elektřinu s nulovým odporem při teplotách vysoko nad teplotou normálních supravodičů. Ale i při teplotách nad kritickou teplotou pro supravodivost působí kupráty ve srovnání s jinými kovy podivně. Jak se jejich teplota zvyšuje, odpor kuprátů se zvyšuje striktně lineárním způsobem.

V normálních kovech se elektrický odpor zvyšuje pouze odsud posud a stává se konstantní při vysokých teplotách v souladu s teorií Fermiho kapaliny. Odpor vzniká, když elektrony proudící v kovu, se vklíní do vibrační atomové struktury kovu, což způsobuje jejich rozptyl. Teorie Fermiho kapaliny stanoví maximální rychlost, při které může dojít k rozptylu elektronů. Avšak podivné kovy nedodržují pravidla Fermiho kapaliny a nikdo si není jistý, jak fungují.

Co však fyzici vědí s jistotou, je, že závislost el. odporu na teplotě v podivných kovech se zdá být spojena se dvěma základními konstantami přírody: s Boltzmannovou konstantou, která představuje energii produkovanou náhodným tepelným pohybem, a Planckovou konstantou, která se týká energie fotonu. „Abychom se pokusili pochopit, co se děje v těchto podivných kovech, lidé použili matematické přístupy podobné těm, které se používají k pochopení černých děr“, řekl prof. Dr. Jim Valles. Takže v těchto materiálech probíhá velmi fundamentální fyzika.

Prof. Dr. Jim Valles

V posledních letech prof. Dr. Valles a jeho kolegové studovali elektrickou aktivitu, ve které nosiči náboje nejsou elektrony. V roce 1952 laureát Nobelovy ceny Leon Cooper zjistil, že v normálních supravodičích se elektrony spojují a vytvářejí Cooperovy páry, které mohou klouzat atomovou mřížkou bez odporu. Přesto, že jsou tvořeny dvěma elektrony, které jsou fermiony, Cooperovy páry mohou působit jako bosony. Dr. Valles k tomu řekl:

Fermionové a bosonové systémy se obvykle chovají velmi odlišně. Na rozdíl od jednotlivých fermionů mohou bosony sdílet stejný kvantový stav, což znamená, že se mohou pohybovat společně jako molekuly vody ve zčeřené hladině.

V roce 2019 vědci ukázali, že bosony Cooperova páru se mohou chovat jako kovy, což znamená, že mohou vést elektřinu s určitým odporem. To samo o sobě bylo překvapivé zjištění, protože prvky kvantové teorie naznačovaly, že tento jev by neměl být možný. Pro tento nejnovější výzkum vědci chtěli zjistit, zda bosonické kovy Cooperova páru jsou také podivné kovy.

Použili měďnatý materiál zvaný oxid měďnatý barnatý yttritý YBa2Cu3O7 vzorovaný s malými otvory indukující kovový stav Cooperova páru. Poté materiál ochladili na teplotu těsně nad jeho bodem supravodivosti, aby pozorovali změny jeho vodivosti. A zjistili, že, obdobně jako fermionové podivné kovy, vodivost kovu Cooperova páru, závisí na teplotě lineárně. „Byla to výzva pro teoretiky, aby přišli s vysvětlením toho, co vidíme v podivných kovech“, poznamenal Dr. Valles.

Naše práce ukazuje, že pokud se chystáte modelovat přenos náboje v podivných kovech, musí se tento model vztahovat jak na fermiony, tak i na bosony, i když se tyto typy částic řídí zásadně odlišnými pravidly. (Pozn. Naší Pravdy: jev by se dal přirovnat k duálnímu charakteru světla, kdy jeho nosič, foton, vykazuje jak vlastnosti vlnění, tak i vlastnosti částic.)

ZDROJ


Nové výsledky byly publikovány v časopise Nature.

C. Yang et al. 2022. Projevy podivného kovu v bosonickém systému. Nature 601, 205-210; doi: 10.1038 / s41586-021-04239-y

Příspěvek byl publikován v rubrice Věda a výzkum. Můžete si uložit jeho odkaz mezi své oblíbené záložky.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.