科學家們找到了第一個證據物理學中最有趣、最有利可圖的現象之一,可以是左撇子,也可以是右撇子。或者,更準確地說,超導材料可以表現出手性。
手性是自然界中常見的- 手性材料是指那些本身俱有不相同的鏡像版本的材料,就像左手和右手一樣。但到目前為止,還沒有在同一種材料中發現手性和超導性(材料以零電阻傳輸電力的能力)。
現在,一個國際研究小組觀察到超導電流僅在一個方向上通過手徵- 首次觀察到手性材料充當。
這很重要,因為超導是物理學中最受歡迎的現象之一。現在,當我們將某些材料冷卻到低於 5.8 K 左右的極冷溫度時,我們就會看到這種情況發生(-267°C 或 -440°F)。
當這種情況發生時,超導材料開始在沒有任何阻力的情況下使電子穿過它們,從而使它們變得異常強大。
超導性已經被用來產生強磁場機器和磁浮列車但如果科學家能夠學會在更穩定的溫度下利用它,它可能會徹底改變我們在全球範圍內傳輸電力的方式——當前的電網損失高達7%由於電阻而失去電力。
可以理解的是,科學家們想要更多地了解超導性。
在此之前,超導性僅在“非手性”材料中得到證明,這些材料可以以任何方式翻轉和反射,並且仍然相同。這意味著超導電流一直被認為在兩個方向上沒有阻力地流動。
但很多材料都是手性的,並且具有重要的影響,因此科學家一直在探索其中是否也可以是超導的。
日本東京大學的 Yoshihiro Iwasa 領導的研究人員表示:“眾所周知,材料的手性會影響光學、磁學和電學特性,從而引起各種重要的現象。”寫進自然通訊。
手性超導體的明顯選擇之一是碳奈米管,因為它們具有手性、超導性並且普遍可用,如Lisa Zyga 為 Phys.org 所做的筆記。
但在先前的實驗中,研究人員僅成功證明了奈米管組中發生的超導性,而不是單一奈米管中發生的超導性——這是確定手性所需發生的事情。
現在,岩佐和他的團隊已經成功做到了這一點。
研究人員之一 Toshiya Ideue 表示:“我們工作最重要的意義是首次在單個奈米管中實現了超導性。”告訴Zyga。
“它使我們能夠尋找源自特徵(管狀或手性)結構的奇異超導特性。”
為此,他們使用了一種稱為二維超導材料二硫化鎢。
他們將一根二硫化鎢奈米管冷卻至5.8 K(-267°C 或-440°F),並讓電流流過它,觀察到它變得超導——這意味著它的正常電阻下降了一半。
然後,研究小組施加與奈米管平行的磁場,並觀察到僅沿一個方向傳播的小反對稱訊號。
秦等人,自然通訊
“只有當磁場平行於管軸時才能實現不對稱的電傳輸,”Ideue 告訴 Phys.org。
「如果沒有磁場,電流應該對稱流動。我們注意到,即使在正常狀態(非超導區域),電流也應該是不對稱的(如果磁場平行於管軸施加),但我們不能在正常狀態下看到任何可辨別的信號,但有趣的是,它顯示出超導區域的大幅增強。
團隊仍然不確定到底是什麼導致了這些不對稱訊號,但他們的下一個目標是進一步研究它們,因為他們開始探索超導性和手性之間的關係。
如果我們能弄清楚這一點,它可以幫助釋放超導「二極體」的潛力,這種二極體只允許電流在一個方向上流動,並且可以在未來組成更複雜的電路。
現在還處於早期階段,但我們現在正在進入超導的新階段。下一步:讓它發生室溫下穩定。
該研究發表於自然通訊。