Понимание «странного» состояния металла – ключ к созданию высокотемпературных проводников
Ученые из Технологического университета Чалмерса (Chalmers University of Technology, Гетеборг, Швеция) совместно с исследователями из Миланского политехнического университета (Politecnico di Milano, Милан, Италия), Римского университета Ла Сапиенца (University La Sapienza, Рим, Италия), Бранденбургского технического университета (Brandenburg University of Technology, Бранденбург, Германия) и совместного исследовательского Европейского центра синхротронного излучения (European Synchrotron facility – ESRF, Гренобль, Франция) обнаружили новые свойства так называемого «странного» металла.
В высокотемпературных сверхпроводниках волны зарядовой плотности (стоячие волны электронной плотности) возникают при прерывании странной металлической фазы.
Для изучения связи сверхпроводимости с волнами зарядовой плотности наноразмерные образцы сверхпроводящего оксида иттрия-бария-меди были подвергнуты деформации для подавления волн зарядовой плотности. Это привело к повторному появлению странного состояния металла. Таким образом, подвергая металл напряжению, учёные расширили состояние странного металла до области, в которой ранее доминировали волны зарядовой плотности.
Самые высокие температуры для перехода в сверхпроводящее состояние были обнаружены тогда, когда странная фаза металла была наиболее явно выражена. Профессор Флориана Ломбарди из лаборатории физики квантовых устройств факультета микротехнологии и нанонауки Чалмерского университета считает, что понимание странной фазы вещества является крайне важным для создания новых материалов, демонстрирующих сверхпроводимость при ещё более высоких температурах.
Полученные результаты также определяют новые направления исследований с применением деформации для манипуляций с квантовыми материалами.
Профессор Ульф Гран из отделения физики элементарных частиц, высоких энергий и плазмы физического факультета Чалмерского университета объясняет «странную» фазу металла «квантовой запутанностью».
Квантовая запутанность – взаимосвязь квантовых состояний частиц вне зависимости от расстояний между ними: тогда состояния частиц оказываются зависимыми на расстояниях, которые намного больше характерных длин всех известных взаимодействий, и изменение квантового состояния одной частицы автоматически изменяет состояние другой. В рамках классической физики квантовая запутанность невозможна, однако, как показали современные математики, она необходима для квантовых моделей, которые в предельном случае переходят в рамки классической физики.
В странных металлах электрическое сопротивление линейно зависит от температуры (в обычном металле зависимость сложная). Состояние странного металла возникает при температурах выше, чем достигается переход к сверхпроводимости, поэтому оно очень важно для понимания физики высокотемпературных сверхпроводников.
К высокотемпературной относится сверхпроводимость при температурах выше точки кипения азота (77 К или -196 градусов Цельсия). В исследовательских работах удавалось получить сверхпроводимость при температуре 203 К (-70 градусов Цельсия).
При достижении сверхпроводимости происходит полная утрата электрического сопротивления проводником, в результате чего ток передается без потерь. По сверхпроводящим проводам, сохраняющим свои свойства при обычных температурах, можно было бы передавать энергию от возобновляемых источников (солнечных батарей в пустыне Сахара, ветряных или приливных станций) на большие расстояния.
Фото: Ruscable.ru