科学家们找到了第一个证据物理学中最有趣和最有利可图的现象之一,可以是左撇子,也可以是右撇子。 或者,更准确地说,超导材料可以表现出手性。
手性是自然界中常见的- 手性材料是指那些自身具有不相同的镜像版本的材料,就像左手和右手一样。 但到目前为止,手性和超导性(材料以零电阻传输电力的能力)从未在同一种材料中被发现。
现在,一个国际研究小组观察到超导电流仅在一个方向上通过手征- 首次观察到手性材料充当。
这很重要,因为超导是物理学中最受欢迎的现象之一。 现在,当我们将某些材料冷却到低于 5.8 K 左右的极冷温度时,我们就会看到这种情况发生(-267°C 或 -440°F)。
当这种情况发生时,超导材料开始在没有任何阻力的情况下使电子穿过它们,从而使它们变得异常强大。
超导性已经被用来产生强磁场机器和磁悬浮列车但如果科学家能够学会在更稳定的温度下利用它,它可能会彻底改变我们在全球范围内输送电力的方式——当前的电网损失高达7%由于电阻而失去电力。
可以理解的是,科学家们想要更多地了解超导性。
在此之前,超导性仅在“非手性”材料中得到证明,这些材料可以以任何方式翻转和反射,并且仍然相同。 这意味着超导电流一直被认为在两个方向上没有阻力地流动。
但很多材料都是手性的,并且具有重要的影响,因此科学家们一直在探索其中是否也可以是超导的。
日本东京大学的 Yoshihiro Iwasa 领导的研究人员表示:“众所周知,材料的手性会影响光学、磁学和电学特性,从而引起各种重要的现象。”写进自然通讯。
手性超导体的明显选择之一是碳纳米管,因为它们具有手性、超导性并且普遍可用,如Lisa Zyga 为 Phys.org 所做的笔记。
但在之前的实验中,研究人员仅成功证明了纳米管组中发生的超导性,而不是单个纳米管中的超导性——这是确定手性所需要发生的事情。
现在,岩佐和他的团队已经成功做到了这一点。
研究人员之一 Toshiya Ideue 表示:“我们工作最重要的意义是首次在单个纳米管中实现了超导性。”告诉Zyga。
“它使我们能够寻找源自特征(管状或手性)结构的奇异超导特性。”
为此,他们使用了一种称为二维超导材料二硫化钨。
他们将一根二硫化钨纳米管冷却至 5.8 K(-267°C 或 -440°F),并让电流流过它,观察到它变得超导——这意味着它的正常电阻下降了一半。
然后,研究小组施加与纳米管平行的磁场,并观察到仅沿一个方向传播的小反对称信号。
秦等人,自然通讯
“只有当磁场平行于管轴时才能实现不对称的电传输,”Ideue 告诉 Phys.org。
“如果没有磁场,电流应该对称流动。我们注意到,即使在正常状态(非超导区域),电流也应该是不对称的(如果磁场平行于管轴施加),但我们不能在正常状态下看到任何可辨别的信号,但有趣的是,它显示出超导区域的大幅增强。”
该团队仍然不确定到底是什么导致了这些不对称信号,但他们的下一个目标是进一步研究它们,因为他们开始探索超导性和手性之间的关系。
如果我们能弄清楚这一点,它可以帮助释放超导“二极管”的潜力,这种二极管只允许电流沿一个方向流动,并且可以在未来组成更复杂的电路。
现在还处于早期阶段,但我们现在正在进入超导的新阶段。 下一步:让它发生室温下稳定。
该研究发表于自然通讯。