新的研究表明,电子 - 原子周围带负电荷的颗粒 - 具有“个性”,并根据周围有多少方式行动。
这一发现可能有助于解决有关的长期谜团电流在超导体中,载有这样的电流而没有能量损失。长期以来,物理学家一直想知道为什么电子有时会随着超导材料的凉爽而自由移动,而其他时间则挤压电流。
研究人员专注于所谓的高温超导体,或在超高速高温或绝对零的温度下进行电能的材料(减去459.67华氏度,或减去273.15摄氏度)。他们使用电子显微镜检查了一类基于丘比特的高温超导体,或铜和氧化合物。酸奶通常是绝缘剂(意味着它们不会导致电力),但是当冷却至约160度开尔文(负171摄氏度,或减去113摄氏度)并与氧气混合时,相当于散布在几个丘比特分子中的几个原子,它们会变成超级负责人的团队,从Brookhaven National Sundoration Suffortors Suffortors Suffortors。 [超越铜:您从未听说过的8个化学元素这是给出的
卡在电子
研究人员发现,用氧气掺杂铜矿最初会导致一些电子冻结到位 - 一种称为“条纹”的疾病。条纹干扰了超导性,因为卡住电子只允许自由电子向某些方向移动。
添加足够氧研究研究员JCSéamusDavis表示,对丘比特人的表现似乎有很大的不同,因为丘比特再次充当半导体。
这似乎有效的原因与超导性发生的原因有关。通常,金属会导电,因为原子具有不完整的外电子壳。例如,铜在其外壳中有一个电子,即使该壳有足够的八个电子空间。这个额外的空间使电子可以像在自由浮动的海中一样行动。连接电池会在电子上施加电场,所有电场都被吸引到了磁场的正面。电池还提供更多的电子,它们像康加线一样沿着电线移动。但是,有阻力,因为电子也随机反弹。
但是,如果金属冷却得足够,则电子形成所谓的库珀对。电子带负电荷,因此它们在金属中吸引带正电荷的颗粒或离子,在移动时会留下略微密度的正电荷。正电荷吸引了其他自由电子,导致一对较弱的对,一个落后于另一对。
量子力学规则使他们可以在铜中航行而不会干扰。但是当温度太高时,它不起作用,因为当电子徘徊时,对分解。 [古怪物理:自然界中最酷的小颗粒这是给出的
一种称为掺杂的过程(其中化学物质都应用于金属或其他物质),在材料中增加了“孔”,或者在缺乏电子的正电荷空间中。结果是,丘陵中的电子有更多的移动空间,这就是为什么在寒冷的温度下,卡住的电子(或“条纹”)消失了。
制作超导体
戴维斯说,虽然这种现象听起来很深奥,但这是理解如何制造超导材料的重要一步。戴维斯说:“有数十个相互竞争的解释。我们的实验结果表明,这是一个简单的解释。”
在提高超导体温度方面,还有很多工作要做。 Brookhaven团队的实验是在4度开尔文(Kelvin)或大约为450摄氏度(减去268摄氏度)的4度(c)。在较高的温度下,必须使用掺杂的层酸盐进行更多的实验。也就是说,戴维斯指出,如果超导体可以在液氮的温度下工作,而不是液态氦,那将大大降低成本。
同样,知道需要防止“条纹”形成,可以指导工程师和科学家选择要关注的物质以及如何进一步提高超导体的温度。戴维斯说:“一旦材料科学家知道目标是什么,他们就可以为此努力。”
即使有了这个新发现,超导体仍然存在奥秘。尽管戴维斯(Davis)的小组找到了一种减轻条纹现象的方法,但许多基本机制仍不清楚。
哈佛大学的博士候选人杨赫(Yang He)是一群研究超导性的科学家之一。他在他们的发现中说,无论材料中的电子在做什么,电子都在部分进行和部分绝缘(称为伪PSEUDOGAP)似乎都可以顺利地进化。此外,伪随相电子似乎也参与超导性。他说:“不知何故,电子在做两件事。”
该研究出现在5月9日的《科学》杂志上。
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