"Тяжелые" электроны открывают секрет сверхпроводимости
Наблюдения, сделанные в течение последних 30 лет, показывают, что электроны в некоторых твердых веществах "тяжелеют" в 100-1000 раз по сравнению со своей массой в вакууме. При этом твердое вещество...
Наблюдения, сделанные в течение последних 30 лет, показывают, что электроны в некоторых твердых веществах "тяжелеют" в 100-1000 раз по сравнению со своей массой в вакууме. При этом твердое вещество становится сверхпроводником.
До сих пор ученые не смогли понять, как это происходит, но исследователи из Принстонского университета впервые сумели изучить этот процесс с помощью прямых изображений электронных волн в кристалле.
Понятие "тяжелых" электронов кажется нелогичным, ведь эти мельчайшие частицы с легкостью "текут" по медным проводам и проносятся по цепям электросхем. Однако в определенных твердых веществах электроны ведут себя так, как будто они в тысячу раз тяжелее. При они этом движутся как идеальная жидкость, без сопротивления, придавая материалу свойства сверхпроводника. Разгадка этой тайны может стать ключом для понимания работы сверхпроводников и позволит создавать эффективные электросети и компьютеры.
Квантовая запутанность делает электроны массивнее и превращает материал в сверхпроводник
Новое исследование ученых из Принстона показало, что массу электронов, движущихся в кристалле, определяет явление, известное как квантовая запутанность, меняющая свойства материала. С помощью наблюдений на специально разработанном криогенном сканирующем туннельном микроскопе, исследователи смогли не только наблюдать возрастание массы электронов, но и выяснить, что тяжелые электроны на самом деле являются составными объектами, состоящими из двух запутанных форм электрона. Благодаря этой запутанности в соответствии с законами квантовой механики, электроны могут одновременно обладать диаметрально противоположными свойствами: "легкостью" и "тяжестью".
Сравнивая данные с теоретическими расчетами, ученые пришли к выводу, что тяжелые электроны представляют собой квантовые запутанности двух противоположных по свойствам электронов, которые локализуются вокруг отдельных атомов в кристалле.
Судя по всему, именно степень такой запутанности является ключом к сверхпроводимости. Когда электроны становятся слишком тяжелыми, они "замерзают" в намагниченном состоянии и "застревают" в атомах. Однако создание запутанности определенной степени позволяет электронам прыгать с атома на атом и превращать материал в сверхпроводник.
Открытие ученых из Принстонского университета может помочь физикам создать вожделенные высокотемпературные сверхпроводники, которые дадут мощнейший толчок научно-техническому прогрессу и решат множество проблем человечества, например, создание дешевых и сверхъемких аккумуляторов.