Присмотритесь к сверхпроводникам

От устойчивой энергии до квантовых компьютеров: высокотемпературные сверхпроводники могут революционизировать современные технологии. Однако, несмотря на интенсивные исследования, нам все еще не хватает необходимого базового понимания для разработки этих сложных материалов для широкого применения. «Спектроскопия Хиггса» может привести к водоразделу, так как он показывает динамику парных электронов в сверхпроводниках сообщает сайт nexusrus.com.

Международный исследовательский консорциум, сосредоточенный вокруг центра Гельмгольца-Дрездена-Россендорфа (HZDR) и Института твердофазных исследований им. Макса Планка (MPI-FKF), теперь представляет новый метод измерения в журнале Nature Communications . Примечательно, что динамика также выявляет типичные предшественники сверхпроводимости даже выше критической температуры, при которой исследуемые материалы достигают сверхпроводимости.

Сверхпроводники транспортируют электрический ток без потери энергии. Использование их может значительно снизить наши потребности в энергии - если бы не факт, что сверхпроводимость требует температур -140 градусов Цельсия и ниже. Материалы только «включают» свою сверхпроводимость ниже этой точки. Все известные сверхпроводники требуют сложных методов охлаждения, что делает их непрактичными в повседневных целях. Существует перспектива развития высокотемпературных сверхпроводников, таких как купраты, - инновационных материалов на основе оксида меди. Проблема заключается в том, что, несмотря на многолетние исследовательские усилия, их точный режим работы остается неясным. Спектроскопия Хиггса может изменить это.

Спектроскопия Хиггса позволяет по-новому взглянуть на высокотемпературную сверхпроводимость

«Спектроскопия Хиггса предлагает нам совершенно новое« увеличительное стекло »для исследования физических процессов», - сообщает доктор Ян-Кристоф Дайнерт. Исследователь из Института радиационной физики HZDR работает над новым методом вместе с коллегами из MPI-FKF, университетов Штутгарта и Токио и других международных исследовательских институтов. Ученые больше всего хотят выяснить, как электроны образуют пары в высокотемпературных сверхпроводниках.

В сверхпроводимости электроны объединяются, чтобы создать «куперовские пары», которые позволяют им перемещаться по материалу парами без какого-либо взаимодействия с окружающей средой. Но что заставляет два электрона соединяться, когда их заряд фактически заставляет их отталкивать друг друга? Для обычных сверхпроводников есть физическое объяснение: «Электроны спариваются из-за колебаний кристаллической решетки», объясняет профессор Стефан Кайзер, один из главных авторов исследования, который исследует динамику в сверхпроводниках в MPI-FKF и Университет Штутгарта. Один электрон искажает кристаллическую решетку, которая затем притягивает второй электрон. Для купратов, однако, до сих пор неясно, какой механизм действует вместо колебаний решетки. «Одна из гипотез состоит в том, что спаривание происходит из-за флуктуирующих вращений, т.е.

В этот момент «колебания Хиггса» входят в стадию: в физике высоких энергий они объясняют, почему элементарные частицы имеют массу. Но они также встречаются в сверхпроводниках, где они могут быть возбуждены сильными лазерными импульсами. Они представляют колебания параметра порядка - меры сверхпроводящего состояния материала, другими словами, плотности куперовских пар. Так много для теории. Первое экспериментальное доказательство оказалось успешным несколько лет назад, когда исследователи из Токийского университета использовали сверхкороткий световой импульс для возбуждения колебаний Хиггса в обычных сверхпроводниках - подобно приведению в движение маятника. Однако для высокотемпературных сверхпроводников такого одноразового импульса недостаточно,

Терагерцовый источник света поддерживает колебания системы

Благодаря спектроскопии Хиггса, исследовательский консорциум вокруг MPI-FKF и HZDR достиг экспериментального прорыва для высокотемпературных сверхпроводников. Их хитрость состояла в том, чтобы использовать многоциклический, чрезвычайно сильный терагерцовый импульс, который оптимально настроен на колебания Хиггса и может поддерживать его, несмотря на демпфирующие факторы - непрерывно подталкивая метафорический маятник. Благодаря высокопроизводительному терагерцовому источнику света TELBE в HZDR исследователи могут передавать 100 000 таких импульсов через образцы в секунду. «Наш источник является уникальным в мире благодаря высокой интенсивности в терагерцовом диапазоне в сочетании с очень высокой частотой повторения», - объясняет Дейнерт. «Теперь мы можем избирательно возбуждать колебания Хиггса и измерять их очень точно».

Этот успех обусловлен тесным сотрудничеством ученых-теоретиков и экспериментаторов. Идея была разработана в MPI-FKF; Эксперимент проводился командой TELBE, возглавляемой доктором Яном-Кристофом Дайнертом и доктором Сергеем Ковалевым в HZDR под руководством тогдашнего лидера группы профессора Михаэля Генша, который в настоящее время проводит исследования в Немецком аэрокосмическом центре и TU Berlin: «Эксперименты Это особенно важно для научного применения крупномасштабных исследовательских установок в целом. Они демонстрируют, что мощный терагерцовый источник, такой как TELBE, может проводить сложные исследования с использованием нелинейной терагерцовой спектроскопии на сложной серии образцов, таких как купраты ».

Вот почему исследовательская группа ожидает увидеть высокий спрос в будущем: «Спектроскопия Хиггса как методологический подход открывает совершенно новые возможности», объясняет д-р Хао Чу, основной автор исследования и постдок в Max Planck-UBC-UTokyo Центр Квантовых Материалов. «Это отправная точка для серии экспериментов, которые позволят по-новому взглянуть на эти сложные материалы. Теперь мы можем использовать очень системный подход».

Чуть выше критической температуры: где начинается сверхпроводимость?

Проведя несколько серий измерений, исследователи сначала доказали, что их метод работает для типичных купратов. Ниже критической температуры исследовательская группа не только способна возбуждать колебания Хиггса, но и доказала, что новое, ранее ненаблюдаемое возбуждение взаимодействует с колебаниями Хиггса куперовских пар. Дальнейшие эксперименты должны выявить, являются ли эти взаимодействия магнитными взаимодействиями, что яростно обсуждается в экспертных кругах. Кроме того, исследователи видели признаки того, что куперовские пары также могут образовываться выше критической температуры, хотя и не колебаться вместе. Другие методы измерения ранее предполагали возможность такого раннего образования пары.


Предыдущая статья
Следущая статья


Вернуться