• 中文
  • 注册
  • 查看作者
  • 重磅:这个理论被证实,直接促使超导体科学,获得突破

    当一种物质从固态、液态或气态转变为另一种状态时,就会发生相变。在这些相变过程中,系统可以同时显示物质的两种状态。当普通金属转变为超导体时,也会发生类似效应——特性波动,原本属于一种状态的特性被带入另一种状态。哈佛大学科学家们开发了一种基于铋的二维超导体,它只有1纳米厚。通过研究这种超薄材料转变为超导时的波动,科学家们更全面地了解了驱动超导的过程。

    重磅:这个理论被证实,直接促使超导体科学,获得突破

    由于超导材料经过改进,可以携带近零电阻的电流,因此它几乎可以应用于任何用电技术。哈佛大学科学家们利用这项新技术,对美国能源部阿贡国家实验室的科学家瓦莱里·维诺库,23年前提出的超导体理论进行了实验验证。科学家们感兴趣的一个现象是,当材料转变成超导体时,经过充分研究的霍尔效应发生了完全逆转。当一种正常的非超导材料携带外加电流并受到磁场作用时,就会在该材料上产生电压。

    重磅:这个理论被证实,直接促使超导体科学,获得突破

    这种正常的霍尔效应使电压指向一个特定的方向,这取决于电场的方向和电流。有趣的是,当材料变成超导体时,霍尔电压反转的迹象。材料的“积极”部分变成了“消极”部分。这是一个众所周知的现象。

    (此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)

    然而,尽管霍尔效应长期以来一直是科学家用来研究,使一种材料成为优良超导体电子特性类型的主要工具,但这种反向霍尔效应的成因几十年来一直让科学家们感到神秘,特别是在高温超导体方面,这种效应更强。

    重磅:这个理论被证实,直接促使超导体科学,获得突破

    杰出学者、理论家维诺库尔及其同事对高温超导体中的这种效应(以及更多)进行了全面描述。该理论考虑了所有相关的驱动力,并且包含了如此多的变量,以至于在实验中测试它似乎是不现实的直到现在。直到现在,维诺库说:我们相信我们真的解决了这些问题,但当时这些公式感觉毫无用处,因为它们包含了许多参数,很难与当时使用现有技术进行的实验进行比较。科学家们知道,反向霍尔效应是磁场中超导材料中突然出现的磁涡流造成。

    重磅:这个理论被证实,直接促使超导体科学,获得突破

    涡旋是超导电子液体中的奇异点(库柏对),库柏对在其周围流动,产生循环的超导微电流,这给材料中的霍尔效应带来了物理学上的新特性。通常情况下,材料中的电子分布会导致霍尔电压,但在超导体中,涡旋在外加电流的作用下运动,这就产生了电子压差,在数学上与使飞机保持飞行状态的压差相似。这些压差改变了施加电流的方向,就像飞机的机翼改变了空气通过的方向,使飞机上升一样。涡旋运动以不同的方式重新分配电子,使霍尔电压方向与通常的纯电子霍尔电压相反。

    重磅:这个理论被证实,直接促使超导体科学,获得突破

    此前理论定量地描述了这些涡旋的影响,而这只是定性地理解。现在哈佛大学的科学家们花了5年时间研制出一种新材料,对这一理论进行了验证。这种铋基的薄材料实际上只有一层原子厚度,因此基本上是二维的。它是同类中唯一的一种,一种薄膜高温超导体;这种材料的生产本身就是超导体科学的一项技术突破。哈佛大学研究小组的首席科学家菲利普·金(Philip Kim)说:通过把尺寸从3个缩小到2个,这种材料的性质波动变得更加明显。也更容易研究,创造了一种极端形式的材料。

    重磅:这个理论被证实,直接促使超导体科学,获得突破

    能够定量地阐述先前提出的理论,该理论的一个预测是,反常的反向霍尔效应可能存在于超导体材料的温度之外。这项研究提供了一个定量描述的效果,完全符合理论预测。在确定涡旋在反向霍尔效应中所起的作用之前,无法可靠地把它用作测量工具。现在我们知道这是正确的,可以用这个理论来研究过渡阶段的其他波动,最终有助于更好地理解超导体。尽管这项研究中的材料是二维的,但科学家们相信该理论适用于所有超导体。

    重磅:这个理论被证实,直接促使超导体科学,获得突破

    未来的研究将包括对材料的深入研究——涡旋的行为甚至在数学研究中也有应用。旋涡是拓扑对象的例子,或具有独特几何特性的对象。由于它们的形成和变形方式以及它们如何改变材料的性质,目前在数学中是一个热门话题。理论用拓扑学来描述涡旋的行为,而物质的拓扑学性质可以带来许多新物理现象。有时候你会发现一些新奇的东西,但有时候你只是确认,你确实理解了摆在面前日常事物的行为,其研究成果发表在《物理评论快报》上。

    特别声明:本文由用户自发上传发表,仅代表用户本人观点,不代表博科园观点或立场,如含有涉禁违法邪黄赌毒暴等不良信息,或侵犯了您的权益,请联系邮箱:bokeyuan@vip.qq.com 或私信@博科园 或私信@博科园小秘书 或点击打开进入统一「举报中心」进行反馈举报投诉,一经核实,我们将立即删除,并处罚账号!
  • 生成海报
  • 0
  • 0
  • 0
  • 2.1k
  • 请登录之后再进行评论

    登录
  • 实时动态
  • 做任务
  • 偏好设置
  • 单栏布局 侧栏位置:
    关闭窗口
    下载海报