Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Superledningsevne i en legering med kvasikrystallstruktur

Anonim

Ekstraordinære ting skjer ved lave temperaturer. Et av de beste eksemplene er sikkert superledende. Dette fenomenet, hvor den elektriske motstanden til et fast stoff faller til null under en kritisk temperatur, har vært kjent i et århundre, og har nå søknader innen vitenskap og industri. Fysikk og kjemi studenter kan selv lage sine egne levitating magneter fra superledende legeringer.

annonse


De fleste superledere, som de fleste faste stoffer, er krystallinske: deres atomstrukturer er bygget fra periodisk gjentatte celler. Siden 1980-tallet har en alternativ form for fast stoff, kvasikrystallet (QC), blitt fremtredende. Selv om QC har symmetri, som krystaller, har de ingen repeteringsenheter. Denne mangel på periodicitet resulterer i uvanlige elektroniske strukturer. Nå, i en studie i Nature Communications, har et forskningsteam ledet av Nagoya University oppdaget superledningsevne i QC for første gang.

Laget studerte en legering av aluminium, sink og magnesium. Den krystallinske versjonen er kjent for å være superledende. Imidlertid er strukturen av Al-Zn-Mg avhengig av forholdet mellom de tre elementene. Teamet fant at Al hadde en avgjørende effekt på legeringens egenskaper. Som studie første forfatter Keisuke Kamiya notater, "Når vi reduserte Al innholdet mens Mg innholdet holdt seg nesten konstant, reduserte den kritiske temperaturen for superledningsevne gradvis gradvis fra ~ 0, 8 til ~ 0, 2 K. Imidlertid skjedde to ting ved 15% Al. : legeringen transformert til en kvasikrystal, og den kritiske temperaturen falt ned til ~ 0, 05 K. "

Denne ekstremt lave kritiske temperaturen, bare 1/20 av en grad over absolutt null, forklarer hvorfor superledningsevne i QC har vist seg å være så vanskelig å oppnå. Ikke desto mindre viste QC-legeringen to arketypiske egenskaper av superledere: et hopp i spesifikk varme ved kritisk temperatur, og nesten total utelukkelse av magnetisk fluss fra interiøret, kjent som Meissner-effekten.

Superkonduksjon i konvensjonelle krystaller er nå godt forstått. Ved tilstrekkelig lav temperatur overvinne de negativt ladede elektronene deres gjensidig avstøtning og tiltrekker seg hverandre, og går sammen i par. Disse "Cooper-parene" samles i et Bose-Einstein-kondensat, en kvantestatus av materie med null elektrisk motstand. Imidlertid er tiltrekningen mellom elektroner avhengig av samspillet med det faste gitteret, og konvensjonell teori antar at dette er en periodisk krystall, snarere enn en QC.

For opprinnelsen til superkonduksjon i QC-legeringen, vurderte laget tre muligheter. Den mest eksotiske var "kritiske egenstater": spesielle elektroniske tilstander ble bare funnet i nærheten av absolutt null. De elektroniske egenstater blir utvidet i krystaller og lokalisert i tilfeldige faste stoffer, men den romlige utbredelsen av kritiske egenstater i QC-er, som hverken er periodisk eller tilfeldig, er uklart. Imidlertid styrte laget dem ut basert på deres målinger. Det førte tilbake til Cooper-par, i enten den utvidede eller mindre vanlige "svake koblings" variasjonen. Faktisk lignet legeringen en typisk svakkoblings superleder.

"Det er interessant at superledningsevnen til denne legeringen ikke var knyttet til sin kvasikrystallinitet, men liknet det i såkalte skitne krystaller", sier tilsvarende forfatter Noriaki K. Sato. "Imidlertid forutser teorien om kvasikrystaller også en annen form for superkonduksjon, basert på fraktal geometri i QC. Vi tror at det er en sterk mulighet for at fraktal superledningsevne i det minste gir noe bidrag, og vi vil være glade for å måle det."

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Nagoya University . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. K. Kamiya, T. Takeuchi, N. Kabeya, N. Wada, T. Ishimasa, A. Ochiai, K. Deguchi, K. Imura, NK Sato. Oppdagelse av superledningsevne i kvasikrystal . Naturkommunikasjon, 2018; 9 (1) DOI: 10, 1038 / s41467-017-02667-x