Anonim

Forskere opdager en universel lov om superledningsevne

Fysik

Colin Jeffrey

12. januar 2015

MIT-forskere har brugt en superthinfilm af niob- og nitrogenatomer til at hjælpe deres opdagelse af en universel lov om superledning (Billede: Yachin Ivry / MIT)

De uforanderlige love, der styrer vores univers - som dem der hersker over den observerbare verden i klassisk mekanik og dem, der styrer den atomiske fysikverden - er kernen i alle vore videnskabelige principper. De giver ikke kun konsekvente, gentagelige og præcise regler, der tillader beregninger og eksperimenter, der skal testes eller verificeres, de hjælper os også med at få mening om kosmos 'arbejde. MIT-forskere hævder at have opdaget en ny universel lov for superledere, der, hvis det viste sig at være korrekt, ville bringe superledernes fysik i overensstemmelse med andre universelle love og fremskynde de som superledende kredsløb til kvant- og super lavt strømforbrug.

Superledende materialer har ingen elektrisk modstand ved temperaturer tæt på absolut nul, hvilket betyder at meget små mængder energi er nødvendige for at fremkalde elektriske strømme i dem. Enheder, som f.eks. Computerprocessorer, der er bygget af disse materialer, forventes teoretisk at bruge mange hundrede gange mindre energi end konventionelle kredsløb.

Men indtil for nylig er korrelationen mellem superledernes fysiske og elektriske parametre i vid udstrækning baseret på forudsætninger fra standard teoretisk fysik, og ingen enkeltlov på disse funktioner var tidligere bevist.

Det nye matematiske forhold, der blev opdaget af forskerne, der involverer materialetykkelse, temperatur og elektrisk modstand, på den anden side hidtil synes at være sandt i alle superledere.

Forud for MIT-undersøgelsen havde andre teoretiske arbejder tidligere indikeret, at den kritiske driftstemperatur i en superleder var en funktion af tykkelsen af ​​filmen, hvorfra den blev fremstillet eller dens målte elektriske modstand ved stuetemperatur. Men da teamet voksede superledere fra niobiumnitridatomer, syntes disse teorier ikke at være sande.

"Vi så stor scatter og ingen klar tendens, " sagde yachin ivry, en postdoktorale forsker i mit forskning laboratorium for elektronik. "Det gav ingen mening, fordi vi voksede dem i laboratoriet under de samme betingelser. "

For at forsøge at forstå denne anomali mellem teori og praksis besluttede forskerne at gennemføre en række eksperimenter med udviklingen af ​​superthinfilmen for at se om de kunne producere mere konsistente resultater. For at gøre dette holdt de en af ​​to parametre konstant: tykkelsen af ​​materialet eller dets "arkresistens " (materialets modstand pr. Enhedsareal). De målte derefter eventuelle ændringer i kritisk temperatur, mens der varierede en af ​​disse parametre.

Som et resultat af dette arbejde resulterede et mønster af gentagelig adfærd. Holdet var i stand til at vise, at arktykkelsen (d) multipliceret med den kritiske temperatur ( Tc ) lig med en konstant divideret med arkresistens (Rs) hævet til en bestemt effekt, hvorved den universelt anvendelige tyndfilms superledningsevneforbindelsesformel : dT c (R s ).

"Vi kunne bruge denne viden til at gøre enheder på større område, hvilket ikke var muligt at gøre tidligere, og udbyttet af enhederne steg betydeligt. Tynde film er interessant videnskabeligt, fordi de giver dig mulighed for at komme tættere på det, vi kalder den superledende-til-isolerende overgang, "sagde Ivry. "Superledningsevne er et fænomen, der afhænger af elektronernes kollektive opførsel. Så hvis du går til mindre og mindre dimensioner, kommer du til begyndelsen af ​​den kollektive adfærd. "

Forskerne mener, at anvendelsen af ​​deres forskning vil give større indsigt i superledningsevne i tyndfilm, hvilket kunne se forbedringer i form af superfølsomme fotodetektorer og halvledere med kvantemodulering.

"Dette er meget praktisk til tekniske applikationer, fordi der er meget spredning af resultaterne, og ingen ved, om de vil få gode film til superledende enheder, « siger Claude Chapelier, en superledningsforsker ved Frankrikes Alternative Energies og Atomenergi Kommissionen. "Ved at sætte et materiale i denne lov, du ved allerede, om det er en god superledende film eller ej.

Resultaterne af holdets forskning blev offentliggjort i tidsskriftet Physical Review B

Kilde: MIT

MIT-forskere har brugt en superthinfilm af niob- og nitrogenatomer til at hjælpe deres opdagelse af en universel lov om superledning (Billede: Yachin Ivry / MIT)

Anbefalet Redaktørens Valg