پنجره مقیاس اتمی به سمت ابررسانایی راه را برای مواد کوانتومی پ | انجمن علمی فیزیک و نجوم دانشگاه صنعتی امیرکبیر

پنجره مقیاس اتمی به سمت ابررسانایی راه را برای مواد کوانتومی پیشرفته جدید هموار می کند!!!

تکنیک جدید به پژوهشگران کمک می کند تا ابررساناهای غیر متعارف را درک کنند.

یکی از اعجاب‌انگیزترین پدیده‌های کوانتومی طبیعت، ابررسانایی است.
وقتی یک ماده ابررسانا تا پایین‌تر از دمای بحرانی خود سرد می‌شود، الکتریسیته می‌تواند بدون اتلاف جریان پیدا کند و میدان‌های مغناطیسی خارج می‌شوند.
این ویژگی‌های چشمگیر ابررساناها را در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله شناوری مغناطیسی، تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)، تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR)، شتاب‌دهنده‌های ذرات، آشکارسازهای ذرات، انتقال نیرو و موارد دیگر بسیار مفید می‌سازد.
اکنون، یک پیشرفت جدید در کاوش ابررساناهای غیر متعارف و درک مواد کوانتومی می تواند منجر به فناوری های جدیدی برای محاسبات کوانتومی شود.
ابررساناها موادی هستند که هیچ مقاومت الکتریکی ندارند و معمولاً به دمای بسیار پایین نیاز دارند. آنها در طیف گسترده ای از حوزه ها، از کاربردهای پزشکی گرفته تا نقش مرکزی در کامپیوترهای کوانتومی استفاده می شوند.
ابررسانایی توسط جفت‌های الکترون به‌هم‌پیوسته خاص به نام جفت‌های کوپر ایجاد می‌شود. تاکنون، وقوع جفت‌های کوپر به‌طور غیرمستقیم به‌صورت ماکروسکوپی به صورت عمده اندازه‌گیری شده است، اما تکنیک جدیدی که توسط محققان دانشگاه آلتو و آزمایشگاه‌های ملی اوک ریج در ایالات متحده ایجاد شده است، می‌تواند وقوع آنها را با دقت اتمی تشخیص دهد.
این آزمایش ها توسط Wonhee Ko و Petro Maksymovych در آزمایشگاه ملی Oak Ridge با حمایت نظری پروفسور خوزه لادو از دانشگاه آلتو انجام شد.
الکترون‌ها می‌توانند تونل کوانتومی را از طریق موانع انرژی عبور دهند و از یک سیستم به سیستم دیگر در فضا بپرند، به گونه‌ای که با فیزیک کلاسیک قابل توضیح نیست. به عنوان مثال، اگر یک الکترون با الکترون دیگری درست در نقطه‌ای که فلز و ابررسانا به هم می‌رسند، جفت شود، می‌تواند یک جفت کوپر را تشکیل دهد که وارد ابررسانا می‌شود و در عین حال نوع دیگری از ذره را به داخل فلز در فرآیندی به نام آندریف، «پس زده» می‌کند. پژوهشگران در جست و جوی این انعکاس‌های آندریف بودند تا جفت‌های کوپر را شناسایی کنند‌.
برای انجام این کار، آنها جریان الکتریکی بین یک نوک فلزی تیز اتمی و یک ابررسانا را اندازه‌گیری کردند و همچنین چگونگی بستگی جریان به جدایی نوک و ابررسانا را اندازه‌گیری کردند.
این به آنها امکان داد تا میزان بازتاب آندریف را که به ابررسانا بازمی‌گردد، شناسایی کنند، در حالی که وضوح تصویربرداری قابل مقایسه با اتم‌های منفرد را حفظ کردند. نتایج آزمایش دقیقاً با مدل نظری لادو مطابقت داشت.
این تشخیص تجربی جفت‌های کوپر در مقیاس اتمی، روش کاملاً جدیدی برای درک مواد کوانتومی ارائه می‌کند.
برای اولین بار، محققان می توانند به طور منحصر به فرد تعیین کنند که چگونه توابع موج جفت های کوپر در مقیاس اتمی بازسازی می شوند و چگونه آنها با ناخالصی های مقیاس اتمی و سایر موانع تعامل دارند.
لادو می‌گوید: این تکنیک یک روش جدید حیاتی برای درک ساختار کوانتومی داخلی انواع ابررساناهای عجیب و غریب که به عنوان ابررساناهای نامتعارف شناخته می‌شوند، ایجاد می‌کند و به طور بالقوه به ما اجازه می‌دهد تا با انواع مشکلات باز در مواد کوانتومی مقابله کنیم. ابررساناهای نامتعارف یک بلوک اساسی بالقوه برای کامپیوترهای کوانتومی هستند و می توانند بستری برای تحقق ابررسانایی در دمای اتاق فراهم کنند. جفت‌های کوپر دارای ساختارهای داخلی منحصربه‌فردی در ابررساناهای غیرمتعارف هستند که درک آن‌ها تاکنون چالش برانگیز بوده است.
این کشف امکان کاوش مستقیم وضعیت جفت‌های کوپر در ابررساناهای غیر متعارف را فراهم می‌کند و یک تکنیک جدید حیاتی را برای یک خانواده کامل از مواد کوانتومی ایجاد می‌کند. این یک گام بزرگ به جلو در درک ما از مواد کوانتومی است و به پیشبرد کار توسعه فناوری‌های کوانتومی کمک می‌کند.

مترجم: محدثه بنائی

منبع خبر:

Atomic-Scale Window Into Superconductivity Paves Way for Advanced New Quantum Materials
https://scitechdaily.com/atomic-scale-window-into-superconductivity-paves-way-for-advanced-new-quantum-materials/

@PSA_AUT