Исследование под названием "Осциливающая сверхпроводимость, индуцированная сингулярностями Ван Гоува" было опубликовано в журнале Physical Review Letters 11 июля.
Смотрите также Химтрейлы или контрейлы: что такое, как они образуются и насколько влияют на окружающую среду
Поиски сверхпроводимости при комнатной температуре давно считаются одной из самых сложных задач в физике, и они соблазняли ученых в течение десятилетий. Мечта о практическом, повседневном применении этого открытия стимулировала многочисленные исследования, и недавние результаты могут наконец проложить путь к ее реализации.
Как это работает
По своей сути сверхпроводимость проявляется в результате движения электронов в материалах. При понижении температуры эти движения приводят к взаимодействию между атомными ядрами и электронами, что приводит к интригующему смещению заряда. Это парадоксальное, на первый взгляд, взаимодействие притягивает электроны друг к другу, образуя так называемую "куперовскую пару".
В отличие от одиночных электронов, куперовские пары демонстрируют поведение, основанное на квантовой механике. Они имитируют частицы света, позволяя бесконечному количеству одновременно занимать ту же пространственную точку. Агрегация этих пар создает сверхтекучее состояние, что позволяет передачу энергии с незначительным электрическим сопротивлением.
На практике это позволяет передавать энергию на огромные расстояния без потерь на нагрев проводника, что является неизменным эффектом при обычных условиях и проводниках.
Работающая сверхпроводимость
Начало сверхпроводимости датируется 1911 годом благодаря пионерской работе голландского физика Хейке Камерлинга Оннеса (Heike Kamerlingh Onnes). Однако эти первые сверхпроводники достигали состояния нулевого электрического сопротивления при чрезвычайно низких температурах, близких к абсолютному нулю.
Однако открытие купратных материалов в 1986 году изменило эту картину, обнаружив сверхпроводимость при таких "высоких" температурах, как минус 135 градусов Цельсия. Это породило надежды на создание сверхпроводников при комнатной температуре, что позволило бы революционную передачу энергии. Несмотря на эти перспективы, дальнейшие поиски дали лишь проходящие проблески, закончившиеся разочарованием и спорами.
Почему все так сложно
Основная проблема в поисках сверхпроводников при комнатной температуре заключалась в том, чтобы понять теоретические условия, лежащие в основе образования куперовских пар при повышенных температурах, хотя все еще значительно ниже комнатной температуры.
Чтобы решить эту проблему, недавнее исследование углубилось в уникальное проявление высокотемпературной сверхпроводимости, связанное с расположением куперовских пар в колебательных паттернах, названных "волнами плотности заряда". Эти волны демонстрируют симбиотическую связь со сверхпроводимостью, иногда усиливая ее, а иногда ослабляя ее эффекты.
Детали исследования
Исследование выявило критический фактор в возникновении этих волн. наличие сингулярности Ван Гоува. Обычно энергия частицы коррелирует с ее скоростью. Однако определенные материальные структуры нарушают этот принцип, позволяя электронам с разными скоростями обладать одинаковой энергией. Такое равномерное распределение энергии способствует усилению взаимодействия между электронами, что способствует образованию куперовских пар.
Луис Сантос, доцент кафедры физики Университета Эмори, отметил важность этих открытий:
Мы обнаружили, что структуры, известные как сингулярность Ван Гоува, могут создавать модулирующие, осциллирующие состояния сверхпроводимости. Наша работа обеспечивает новую теоретическую основу для понимания возникновения такого поведения – не очень хорошо изученного явления.
Важно отметить, что исследование остается укорененным в теоретическом аспекте. Последующие экспериментальные попытки будут иметь важное значение для подтверждения и расширения этих выводов. Тем не менее, исследователи надеются, что установленная связь между сингулярностями Ван Гоува и осциллирующими волнами будет стимулировать будущие исследования, приближая их к долгожданной цели – сверхпроводимости при комнатной температуре.
Читайте на сайте Инновационная техника киригами позволяет создавать сверхпрочные и легкие конструкции.
Сантос рассуждает о последствиях этого исследования, подчеркивая неожиданность научных открытий:
Я сомневаюсь, что Камерлинг Оннес думал о левитации или ускорителях частиц, когда открыл сверхпроводимость. Но все, что мы узнаем о мире, имеет потенциальное применение.
Когда физики приступят к дальнейшим исследованиям, потенциальные последствия этого нового понимания могут выйти за пределы науки и повлиять на промышленность и технологии во всем мире.