Magnetizem in superprevodnost sta združljivi

Pojavi lahko obstajajo v trdnih snoveh v tesnih prostorih

Kraj sprave: V različici tega materiala, ki vsebuje poleg cerija, kobalta in indija majhno količino kadmija, se hkrati pojavljata magnetizem in nadprevodnost. Ker je struktura sestavljena iz plasti, sta obe lastnosti odvisni tudi od smeri, v kateri se merijo. © MPI za kemijsko fiziko trdnih snovi
prebral

Sovražnosti so znane tudi v fiziki. Toda včasih površinska antipatija lahko razkrije globoke podobnosti. Magnetizem in nadprevodnost - sposobnost materiala, da električno energijo vodi brez izgube - že dolgo veljata za ogorčene nasprotnike: kadar se eden sam širi, drugi ne drži in obratno. Vendar raziskovalci Maxa Plancka zdaj predstavljajo eksperimentalne dokaze, da lahko oba pojava zelo dobro sobivata v najmanjšem prostoru.

{1r}

Še več: domnevno določena oblika superprevodnosti temelji celo na magnetnih interakcijah. Ugotovitve bi lahko pomagale rešiti vprašanje, zakaj se nekatere snovi odpovedo električni upornosti tudi pri relativno visokih temperaturah. Razumevanje tega je predpogoj za prepoznavanje snovi, ki lahko vodijo do elektrike brez izgube tudi pri vsakodnevnih aplikacijah, poročajo znanstveniki v reviji "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS).

Če dva počneta isto, še zdaleč ni isto. To velja tudi, če snovi izgubijo električno upornost. Na primer, vodite pri približno minus 266 stopinj Celzija do superprevodnika, najboljše keramike iz bakrovega oksida na dobrih 110 stopinj pod ničlo. Kljub tej še vedno precej zamrznjeni prehodni temperaturi slednji delujejo kot visokotemperaturni superprevodniki.

Superprevodnost v keramiki je za raziskovalce skrivnost

Kljub temu pa fiziki zelo dobro razumejo, kaj lomi odpornost v klasičnih kovinskih superprevodnikih, kot je svinec, jih superprevodnost v keramiki še vedno pušča skrivnostne. Zelo zanimivo bi bilo, zlasti s tehničnega vidika, razumeti nadprevodnost tistih materialov, ki vodijo elektriko na relativno visoki temperaturi brez izgub. Takoj, ko bomo to keramično visoko temperaturno superprevodnost lahko razložili, bo iskanje materialov, ki se ne bodo uprli niti pri temperaturah srednjeevropskega poletnega dne, lažje. zaslon

Morda rezultati, ki jih je predstavila mednarodna skupina, zdaj pomagajo razložiti superprevodnost v keramiki bakrovega oksida. "Sledimo tezi, da so za keramično superprevodnost odgovorne magnetne interakcije, " pravi Steffen Wirth, ki to išče in najde dokaze na Inštitutu Max Planck za kemijsko fiziko trdnih snovi v Dresdnu. V fiziki je že dolgo prepoznano, da sta magnetizem in nadprevodnost enako nezdružljiva kot sneg in poletje. Wirth in njegovi sodelavci so zdaj našli močne dokaze, da se lahko magnetizem in nadprevodnost v snovi pojavijo hkrati v najmanjših prostorih.

Kriogeni superprevodnik z nenavadnimi lastnostmi

Raziskovalci so se osredotočili na zlitino cerija, kobalta, indija in sledi kadmija, ki jo proizvajajo skupaj z mednarodno ekipo, ki razume vzrejo občutljivih kristalov. "Čeprav je ta spojina eden od nizkotemperaturnih superprevodnikov, " pojasnjuje Wirth: "Ampak prepričani smo, da njena superprevodnost nastane skozi mehanizem, ki deluje tudi v keramičnih superprevodnikih knnte.

Opazovali so, kako se antiferromagnetni red tvori pod minus 270, 7 stopinj Celzija: magnetni trenutki nekaterih elektronov so razporejeni tako, da se podobno kot drobni barski magneti izmenično s severnim in južnim polom. Pri skoraj natanko minus 271, 4 stopinje Celzija se upornost kovinske zlitine zruši. Potem se je približno 60 odstotkov vseh magnetnih trenutkov poravnalo proti vzporedno - in tako ostane. "Pri nižjih temperaturah se antiferromagnetni red ne povečuje več, " pravi Wirth: "Toda ne propada, kot je človek že dolgo pričakoval."

Vzorec sekira s tremi merilnimi metodami

Raziskovalci so to spoznanje pridobili s seciranjem vzorca omenjene zlitine s tremi merilnimi metodami: Skupaj z raziskovalci iz centra Helmholtz Berlin so z nevtronskim žarkom preizkusili magnetni vrstni red vzorca. Neutroni sami imajo magnetni trenutek in se zato različno razpršijo, odvisno od orientacije magnetnih trenutkov v snovi. Meritve električne prevodnosti so jim povedale, ko se začne superprevodnost.

Po mnenju raziskovalcev obe študiji združujeta fazni diagram: ta slika prikazuje temperature, pri katerih druga magnetna polja ali celo kemijske sestave v snovi preidejo v fazni prehod, torej kadar ima material fizikalne lastnosti Lastnosti se na primer spremenijo in postanejo superprevodne.

Magnetizem in superprevodnost jedo iz istega lonca

"Ni metode, ki bi lahko hkrati določala magnetni red in lastnosti električnega transporta, " pravi Wirth: "Toda naše meritve zagotavljajo zelo obsežno sliko tudi zato, ker se rezultati različnih metod popolnoma ujemajo." Fiziki so s preučevanjem toplotne zmogljivosti potrdili sliko eksperimentov razprševanja nevtronov in prevodnosti ter izmerili, koliko toplote, tj. Energije, material lahko absorbira, preden lahko njegova temperatura se je zvišala za eno stopinjo Celzija. Ta absorpcijska sposobnost se spreminja, kadar se spremenijo druge fizikalne lastnosti materiala.

Dejstvo, da sta magnetizem in nadprevodnost medsebojno izključujoče govori v prid sliki, ki jo imajo dresdenska raziskovalca o keramični visokotemperaturni superprevodnosti: "Prepričani smo, da magnetizem in nadprevodnost jedo iz istega lonca: Oboje izhaja iz magnetnih nihanj.Z magnetnimi nihanji se magnetni red v kristalu nenehno spreminja. Izhodišče je, da se enak delež magnetnih trenutkov vedno poravna s faznim diagramom, to je 60 odstotkov antiferromagnetno.

Magnetna nihanja

Magnetna nihanja prenaša določena vrsta elektrona. Tam so v atomu, kjer lahko povzročijo magnetizem in nadprevodnost - in tvorijo kvazi sestavine v loncu, iz katerih izkoriščajo magnetizem in nadprevodnost.

Očitno magnetne sile povezujejo dva elektrona, da tvorita par Cooperjev, vsaj tako predvidevajo fiziki Max Planck v svojem modelu nekonvencionalne superprevodljivosti. V Cooperjevem paru elektroni ne čutijo več upora, ki mu kristalna rešetka nasprotuje. "Nimamo še zanesljivega dokaza, da superprevodnost temelji na magnetnih interakcijah, ampak dober dokaz, " pravi Wirth: "Vsekakor naši rezultati poudarjajo, da so skupne teorije, ki smo jih uporabili pri opisovanju elektronskih lastnosti materiala, naše In za keramične superprevodnike ne velja. "Zdaj morajo teoretični fiziki razširiti teorijo superprevodnikov, zato tudi z rezultati sedanjih poskusov dopuščajo.

(Društvo Max Planck, 14.06.2010 - DLO)