Раскрыли важную тайну купратов: странные соединения металла ведут науку к сверхпроводникам
Спектрометр ERIXS, разработанный в сотрудничестве с Миланским политехническим университетом в Европейском центре синхротронного излучения в Гренобле, — мировой рекордсмен по разрешающей способности.
Спектрометры позволяют изучить свойства материалов на атомном уровне по тому, как исследуемый материал рассеивает рентгеновские лучи. Таким образом исследователи смогли обнаружить флуктуации (отклонения) заряда в купратах и подтвердить существование квантовой критической точки.
Купраты (от латинского названия меди cuprum) — общее название семейства сложных соединений меди. Купраты имеют важное значение в физике высокотемпературных сверхпроводников.
Вообще, поиск сверхпроводника, способного работать при комнатной температуре, — одна из заветных целей физиков. В случае удачи счастливчикам удалось бы приблизиться созданию в 1000 раз более энергоэффективных устройств.
Исследователи из Швеции и Италии стали на шаг ближе к идеалу, так как раскрыли важную тайну купратов, которая десятилетиями ускользала от других учёных.
Сверхпроводящие материалы позволяют передавать электрическую энергию с нулевым сопротивлением и 100-процентной эффективностью — в отличие от обычных проводящих материалов, при использовании которых энергия частично теряется в виде тепла. Однако большинство сверхпроводящих материалов сегодня могут работать только при очень низких температурах, примерно при −269 градусов Цельсия. А это, в свою очередь, требует больших энергетических затрат и затрудняет практическое применение.
Загадочным исключением в мире сверхпроводящих материалов остаются купраты, которые из-за этого называют странными материалами. Эти оксиды меди проводят электричество с нулевым сопротивлением при температурах, намного превышающих температуру обычных сверхпроводников, примерно при −140 градусов по Цельсию. Хотя общеизвестно, что электрическое сопротивление в купратах изменяется с температурой иначе, чем в обычных металлах, физики до недавних пор не смогли объяснить, в чём причина такой «странности».
Риккардо Арпайя, ведущий автор исследования, прокомментировал, что обнаруженное им с коллегами — важный шаг вперёд в понимании не только аномальных свойств купратов, но и всё ещё неясных механизмов, лежащих в основе высокотемпературной сверхпроводимости.
В исследовании, опубликованном в Nature Communications, физики сообщили об открытии квантовой критической точки, связанной с фазой, когда металл проявляет свою проводящую «странность».
В ходе исследования проводили эксперименты по рассеянию рентгеновских лучей с помощью европейского синхротрона ESRF и британского DLS. Так удалось обнаружить существование флуктуаций плотности заряда, которые влияют на электрическое сопротивление купратов, делая их «странными». Целенаправленное измерение флуктуаций позволило определить значение плотности носителей заряда, при котором эта энергия минимальна, то есть квантовую критическую точку.
Координатор исследований профессор физики Джакомо Гирингелли прокомментировал, что доказать существование квантовой критической точки удалось благодаря многочисленным измерениям и новым методам анализа данных. И добавил, что лучшее понимание купратов поможет разработать более совершенные материалы для использования в технологиях завтрашнего дня.
Спектрометры позволяют изучить свойства материалов на атомном уровне по тому, как исследуемый материал рассеивает рентгеновские лучи. Таким образом исследователи смогли обнаружить флуктуации (отклонения) заряда в купратах и подтвердить существование квантовой критической точки.
Купраты (от латинского названия меди cuprum) — общее название семейства сложных соединений меди. Купраты имеют важное значение в физике высокотемпературных сверхпроводников.
Вообще, поиск сверхпроводника, способного работать при комнатной температуре, — одна из заветных целей физиков. В случае удачи счастливчикам удалось бы приблизиться созданию в 1000 раз более энергоэффективных устройств.
Исследователи из Швеции и Италии стали на шаг ближе к идеалу, так как раскрыли важную тайну купратов, которая десятилетиями ускользала от других учёных.
Сверхпроводящие материалы позволяют передавать электрическую энергию с нулевым сопротивлением и 100-процентной эффективностью — в отличие от обычных проводящих материалов, при использовании которых энергия частично теряется в виде тепла. Однако большинство сверхпроводящих материалов сегодня могут работать только при очень низких температурах, примерно при −269 градусов Цельсия. А это, в свою очередь, требует больших энергетических затрат и затрудняет практическое применение.
Загадочным исключением в мире сверхпроводящих материалов остаются купраты, которые из-за этого называют странными материалами. Эти оксиды меди проводят электричество с нулевым сопротивлением при температурах, намного превышающих температуру обычных сверхпроводников, примерно при −140 градусов по Цельсию. Хотя общеизвестно, что электрическое сопротивление в купратах изменяется с температурой иначе, чем в обычных металлах, физики до недавних пор не смогли объяснить, в чём причина такой «странности».
Риккардо Арпайя, ведущий автор исследования, прокомментировал, что обнаруженное им с коллегами — важный шаг вперёд в понимании не только аномальных свойств купратов, но и всё ещё неясных механизмов, лежащих в основе высокотемпературной сверхпроводимости.
В исследовании, опубликованном в Nature Communications, физики сообщили об открытии квантовой критической точки, связанной с фазой, когда металл проявляет свою проводящую «странность».
В ходе исследования проводили эксперименты по рассеянию рентгеновских лучей с помощью европейского синхротрона ESRF и британского DLS. Так удалось обнаружить существование флуктуаций плотности заряда, которые влияют на электрическое сопротивление купратов, делая их «странными». Целенаправленное измерение флуктуаций позволило определить значение плотности носителей заряда, при котором эта энергия минимальна, то есть квантовую критическую точку.
Координатор исследований профессор физики Джакомо Гирингелли прокомментировал, что доказать существование квантовой критической точки удалось благодаря многочисленным измерениям и новым методам анализа данных. И добавил, что лучшее понимание купратов поможет разработать более совершенные материалы для использования в технологиях завтрашнего дня.
- Дмитрий Ладыгин
- pixabay.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...