Penemuan 'Kematian mendadak' menantang pemahaman kita tentang superkonduktivitas: ScienceAlert

Pusaran kekacauan kuantum yang secara spontan muncul dalam lapisan atom yang tipis dari bahan isolasi telah membingungkan fisikawan, sehingga memerlukan revisi terhadap model yang dapat memecahkan beberapa masalah mendesak dalam upaya memahami superkonduktivitas.

Fisikawan eksperimental dari Universitas Princeton di AS dan Institut Ilmu Material Nasional Jepang telah meneliti kemunculan fluktuasi kuantum secara spontan pada titik transisi dari kemacetan lalu lintas elektron ke jalan raya superkonduktor yang melintasi lanskap 2D.

“Bagaimana satu fase superkonduktor dapat diubah menjadi fase superkonduktor lainnya adalah bidang studi yang menarik.” Dia berkata Fisikawan Princeton dan penulis senior, Sanfeng Wu.

“Kami telah lama tertarik pada masalah bahan kristal tunggal yang tipis, bersih.”

Elektron yang melayang di sepanjang kabel tembaga di belakang dinding kering mengalami kesulitan untuk berpindah dari titik A ke titik B. Nyalakan TV Anda, dan kegilaan di jam sibuk terjadi di kabel tersebut, saat elektron membelok dan bertabrakan, membunyikan klakson elektronik kecilnya dan mengguncangnya. elektron kecil. Alat genggam elektronik membuat motor elektronik kecilnya menjadi terlalu panas.

Superkonduktivitas adalah impiannya. Ini perjalanan yang mudah dari awal hingga akhir. Tidak ada panas atau energi yang terbuang. Ini seefisien mungkin, sempurna untuk menghasilkan medan elektromagnetik yang kuat atau komputasi berkecepatan tinggi yang tidak akan meleleh menjadi genangan air.

Namun, ini juga bukan fase konduktivitas yang mudah untuk dihasilkan. Hal ini terjadi ketika elektron kehilangan rasa individualitasnya dan jatuh ke dalam kondisi sinkronisasi, membentuk apa yang disebut Pasangan CooperMampu menegosiasikan lingkungan atom dengan kemudahan seperti Zen.

Hal ini membutuhkan tingkat kesejukan yang hanya dapat dicapai dengan beberapa peralatan berat dan mengesankan. Namun, jika para peneliti dapat memahami dengan tepat apa yang memicu pergeseran kuantum ini dan peran suhu, mereka mungkin dapat menerima pengurangan pendinginan.

Salah satu bidang penelitian melibatkan pemeriksaan perilaku kuantum elektron yang terperangkap pada permukaan fisik 2D. Karena mereka tidak memiliki kemampuan untuk bergerak ke atas dan ke bawah, fenomena kuantum membuat transisi mereka ke keadaan superkonduktor menjadi lebih sulit.

“Saat Anda pergi ke dimensi yang lebih rendah, fluktuasinya menjadi begitu kuat sehingga mematikan segala kemungkinan superkonduktivitas.” Dia berkata Fisikawan Princeton Nay Phuan Ong.

Pembunuh mendasar keadaan Zen elektron paling tepat digambarkan sebagai pusaran kuantum. Atau sebagai ong menggambarkannya“Versi kuantum dari pusaran yang muncul saat bak mandi dikeringkan.”

Menurut apa yang dikenal sebagai transmisi BKTsetelah Peraih Nobel Vadim Berezinsky, John Kosterlitz, dan David Thewlis Pusaran kematian yang mematikan ini menghilang dalam material 2D ketika suhu menjadi cukup rendah.

Dengan mempelajari ruang tornado kuantum yang menyebabkan kekacauan di negara-negara superkonduktor, Wu dan timnya menciptakan satu lapisan tungsten ditellurida semi-logam, yang pada suhu lebih hangat dari nol mutlak menjadi isolator yang menyesakkan energi.

Namun, memompa elektron dalam jumlah yang cukup akan memaksa arus mengalir secara superkonduktor.

Namun, para peneliti memperhatikan sesuatu yang cukup aneh ketika suhu turun. Tambahkan elektron secukupnya, dan Anda mendapatkan superkonduktivitas. Namun, pada tingkat kritis pergerakan elektron, pusaran kegilaan kuantum ini kembali terjadi dan mematikan arus.

Pengukuran vortisitas mengungkapkan bahwa vortisitas tersebut bukanlah vortisitas kuantum biasa, namun tetap stabil pada suhu dan medan magnet yang lebih tinggi daripada yang dinyatakan dalam teori. Ketika jumlah elektron turun di bawah jumlah tertentu, pusaran tersebut tiba-tiba menghilang.

“Kami memperkirakan akan melihat fluktuasi kuat yang bertahan di bawah kerapatan elektron kritis pada sisi non-superkonduktor, sama seperti fluktuasi kuat yang terlihat jauh di atas suhu transisi BKT.” Dia berkata Merayu.

“Namun, apa yang kami temukan adalah bahwa sinyal pusaran 'tiba-tiba' menghilang saat kerapatan elektron kritis terlampaui. Ini merupakan sebuah kejutan. Kami tidak dapat menjelaskan pengamatan ini sama sekali – 'kematian mendadak' dari fluktuasi.”

Paradigma baru menawarkan kemungkinan metode penelitian baru yang dapat mengarah pada teknologi baru. Mengingat potensi manfaat dari pengembangan superkonduktivitas suhu ruangan, sangatlah berguna untuk memiliki peta cuaca yang baik pada lanskap kuantum.

Penelitian ini dipublikasikan di Fisika alam.