Ekip "Sözde Boşluktaki Gizli Manyetik Düzeni" Ortaya Çıkarırken, Süperiletkenlik Çığır Açığı Pratik Kullanımı Her zamankinden Daha Yakınlaştırıyor

Oda sıcaklığı arayışında süperiletkenlikUluslararası bir fizikçi ekibi, aralarında bir bağlantı olduğunu ortaya çıkardı. manyetizma ve sonunda soğuk, yapay sıcaklıkların üzerinde süperiletkenliğe ulaşmaya yönelik ipuçları verebilecek, sözde boşluk olarak bilinen maddenin gizemli aşaması.

Akımın oluşturduğu yapay olarak soğuk sıcaklıklar göz önüne alındığında süper iletken teknolojilerin kullanılması birçok uygulama için kullanışsız hale geldiğinden, yeni oda sıcaklığı arayışı süper iletken Malzemeler uygulamalı fizik araştırmalarının ana hedefidir.

Şimdi, fizikçiler Almanya'daki Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü ve Hesaplamalı Merkezi'nden Kuantum Simons Vakfı'nın New York City'deki Flatiron Enstitüsü'ndeki Fizik (CCQ), bilim adamlarını pratik sıcaklıklarda süperiletkenliğe her zamankinden daha fazla yaklaştırmaya potansiyel olarak yardımcı oluyor. Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri.

Süperiletkenler

Süperiletkenler, elektrik akımının dirençsiz olarak akmasını sağlayan malzemelerdir. Ancak süperiletken malzemelerde bile bu özellik yalnızca bir eşik sıcaklığının altında aktif hale gelir. Malzemeler, tipik oda sıcaklıklarının çok altında olan istenen sıcaklıkları korumak için hacimli soğutma aparatları gerektirdiğinden, bu durum teknolojik uygulamaları sınırlar.

Süperiletkenlik ile ilgili araştırmaların hacmine rağmen, birçok yönden yeterince anlaşılmamış durumda ve yeni nesil kuantum hesaplama ve diğer uygulamaları mümkün kılacak içgörüler bekleniyor.

Bazı süper iletkenler "yüksek sıcaklık" olarak kabul edilen sıcaklıklarda çalışır, ancak pratik açıdan bunlar hala tipik oda sıcaklıklarının oldukça altındadır ve genellikle mutlak sıfırın yalnızca biraz üzerindedir. Ancak bu malzemelerle ilgili ilginç olan şey, elektronların süperiletken duruma geçerken tuhaf davranmaya başladıkları bir "sözde boşluk durumu" sergileme eğiliminde olmalarıdır.

Bu durumun süper iletkenliğe nasıl yol açtığını anlamak, oyundaki mekanizmaları ortaya çıkarmak ve ardından bunları oda sıcaklığında süper iletkenler üretmek için uygulamak açısından önemli olabilir.

Pseudogap'ı test etmek

Uzun süredir devam eden bu sorunu çözmeye çalışan araştırmacılar, elektron dönüşlerini izlemek için mutlak sıfırın biraz üstüne ayarlanmış bir kuantum simülatörü kullandılar. Elektronların yukarı veya aşağı dönüşlerinin komşularından evrensel bir düzende etkilendiğini belirlediler.

Ekibin çalışmasının merkezinde katı bir maddedeki elektron etkileşimlerini tanımlayan Fermi-Hubbard modeli vardı. Araştırma ekibinin simülasyonları, gerçek dünyaya ait bir malzeme yerine bu modeli, mutlak sıfırın üzerindeki derecenin milyarda biri düzeyindeki sıcaklıklarda lazer ışığının optik kafesindeki lityum atomlarını kullanarak başarılı bir şekilde yeniden yarattı. Simülasyonlar araştırmacılara gerçek dünya deneylerinde imkansız olan bir düzeyde hassas kontrol olanağı sağladı.

Malzemeler değişmemiş miktarda elektron barındırdığında, antiferromanyetizma adı verilen alternatif bir düzende dönerler. "Doping" adı verilen bir süreç aracılığıyla elektronlar uzaklaştırılabilir ve fizikçilerin uzun süredir kalıcı olduğunu varsaydığı şekilde manyetik düzen bozulabilir. Ancak yeni gözlemlerde ekip, çok düşük sıcaklıklarda görünen kaosun altında gizli bir organizasyon katmanının bulunduğunu keşfetti.

Kuantum Aktivitesini Gözlemlemek

Ekip, simüle edilmiş kafeslerinin gözlemlerini toplamak için bir kuantum gaz mikroskobu kullandı ve bireysel atomların 35.000'den fazla görüntüsünü ve manyetik yönelimlerini üretti. Sıcaklık ve katkı seviyelerini değiştirerek araştırmacılar, bu değişikliklerin elektronların uzaysal konumlarını ve manyetik korelasyonlarını nasıl etkilediğini doğrudan gözlemlediler.

"Ultra soğuk atomlara dayalı kuantum analog simülatörlerin artık karmaşık kuantum kolektif fenomenlerin ortaya çıktığı sıcaklıklara kadar soğutulabilmesi dikkat çekicidir." ortak yazar Antoine Georges dediFlatiron Enstitüsü CCQ'nun yöneticisi.

Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü'nden baş yazar Thomas Chalopin, "Manyetik korelasyonlar, belirli bir sıcaklık ölçeğine göre çizildiğinde tek bir evrensel modeli takip ediyor" dedi. "Ve bu ölçek, sahte boşluğun ortaya çıktığı nokta olan sahte boşluk sıcaklığıyla karşılaştırılabilir."

Süperiletkenlik Ortaya Çıkıyor

Beklenmedik düzenin ötesinde, gözlem aynı zamanda basit çift etkileşimlerinden ziyade karmaşık çoklu parçacık yapılarını da ortaya çıkardı. Önceki çalışmalar yalnızca çift etkileşimlerine odaklanıyordu; oysa ekibin son araştırması, en fazla beş parçacığın aynı anda birbirini etkileyebileceğini buldu. Bu yeni anlayış, yeni modeller geliştirmede ve sahte boşluğun süperiletkenliğe nasıl dönüştüğünü daha iyi anlamada çok önemli olabilir.

Chalopin, "Sahte boşluktaki gizli manyetik düzeni açığa çıkararak, sonuçta süperiletkenlikle ilgili olabilecek mekanizmalardan birini açığa çıkarıyoruz" diye açıkladı.

Araştırmacılar, bu doğrultuda devam eden çalışmaların, süperiletkenlik çalışmalarından daha geniş kapsamlı sonuçlara sahip olacağını söylüyor.

Georges, "Analog kuantum simülasyonları, CCQ'da geliştirdiğimiz klasik algoritmalara meydan okuyan yeni ve heyecan verici bir aşamaya giriyor" dedi. "Aynı zamanda bu deneyler teori ve klasik simülasyonların rehberliğini gerektiriyor. Teorisyenler ve deneyciler arasındaki işbirliği her zamankinden daha önemli."

Kağıt, “Pseudogap'ın Başlangıcında Spin-Yük Korelasyonlarının Acil Ölçeklendirmesinin Gözlemlenmesi"diye ortaya çıktı Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri 21 Ocak 2025'te.

Ryan Whalen The Debrief için bilim ve teknolojiyi ele alıyor. Tarih alanında yüksek lisans derecesine ve Kütüphane ve Bilgi Bilimi alanında yüksek lisans derecesine ve Veri Bilimi sertifikasına sahiptir. Kendisiyle iletişim kurulabilir [email protected]ve onu Twitter'da takip edin @mdntwvlf.