Superconduktiviti ditemui pada tahun 1911, tetapi sifat dan ciri-cirinya belum dipelajari sepenuhnya. Penyelidikan baru mengenai nanowires membantu memahami bagaimana fenomena ini hilang.
Masalah menjaga minuman sejuk di musim panas yang panas adalah pelajaran perubahan fasa klasik. Mereka mesti dikaji, bahan mesti dipanaskan dan perubahan sifatnya mesti diperhatikan. Apabila anda mencapai titik kritikal, tambahkan air atau panas - dan perhatikan bagaimana bahan itu berubah menjadi gas (atau wap).
Sekarang bayangkan bahawa anda telah menyejukkan semuanya ke suhu yang sangat rendah - sehingga semua kesan haba hilang. Selamat datang ke realiti kuantum, di mana tekanan dan medan magnet tidak mempengaruhi kemunculan fasa baru dengan cara apa pun! Fenomena ini dipanggil peralihan fasa kuantum. Tidak seperti peralihan konvensional, peralihan kuantum membentuk sifat baru sepenuhnya, seperti superkonduktiviti (dalam beberapa bahan).
Sekiranya anda menggunakan voltan pada logam superkonduktor, elektron akan bergerak melalui bahan tanpa rintangan, dan arus elektrik akan mengalir selama-lamanya, tanpa melambatkan atau menghasilkan haba. Sebilangan logam menjadi superkonduktor pada suhu tinggi, yang penting dalam hal penghantaran kuasa dan pemprosesan data berdasarkan superkonduktor. Para saintis menemui fenomena ini 100 tahun yang lalu, tetapi mekanisme superkonduktiviti itu sendiri tetap menjadi misteri, kerana kebanyakan bahan terlalu kompleks untuk memahami fizik peralihan fasa kuantum secara terperinci. Oleh itu, strategi terbaik dalam kes ini adalah memberi tumpuan kepada pembelajaran sistem model yang kurang kompleks.
Ahli fizik di University of Utah telah menemui bahawa kawat nano superkonduktor yang terbuat dari aloi molibdenum-germanium mengalami peralihan fasa kuantum dari superkonduktor ke logam biasa apabila diletakkan di medan magnet biasa pada suhu rendah. Kajian ini pertama kali mendedahkan proses mikroskopik di mana bahan kehilangan superkonduktiviti: medan magnet memecah pasangan elektron - Pasangan Cooper berinteraksi dengan pasangan lain dari jenis yang sama - dan mereka mengalami daya redaman dari elektron yang tidak berpasangan dalam sistem.
Penyelidikan ini diperincikan dalam teori kritis yang dikemukakan oleh Adrian Del Maestro, penolong profesor di University of Vermont. Teori menerangkan secara tepat bagaimana evolusi superkonduktiviti bergantung pada suhu kritikal, besarnya medan magnet dan orientasi, luas keratan rentas nanowire, dan ciri mikroskopik bahan dari mana ia dibuat. Ini adalah kali pertama dalam bidang superkonduktiviti bahawa semua perincian peralihan fasa kuantum diramalkan oleh teori, disahkan pada objek sebenar di makmal.
"Peralihan fasa kuantum mungkin terdengar sangat eksotik, tetapi ia diperhatikan dalam banyak sistem - dari pusat bintang ke nukleus atom, serta dari magnet ke penebat," kata Andrey Rogachev, penolong profesor di University of Utah dan penulis utama kajian ini. "Setelah kita memahami getaran kuantum dalam sistem yang lebih sederhana ini, kita dapat membincangkan setiap detail proses mikroskopik dan menerapkannya pada objek yang lebih kompleks."
Video promosi:
