Resuelto dos enigmas de la superconductividad de alta temperatura en купратах

 

Estadounidenses de la física acabó con el comportamiento de los electrones en la denominada псевдощелевой fase de una sustancia, es anterior al estado de superconductividad.

Сверхпроводимостью llaman la completa desaparición de la resistencia eléctrica de la sustancia permanente de la corriente eléctrica a temperaturas inferiores a la crítica. La enorme valor práctico сверхпроводников consiste en la ausencia en ellos de las pérdidas de energía eléctrica durante la circulación de la corriente. Pero en el camino de su amplio uso es muy bajo valor de la temperatura crítica. Para la mayoría de las sustancias, es cerca de la ab




солютному cero. Antes de 1986, el más elevado de la temperatura poseía aleación de Nb3Ge, para el que la caída de la superconductividad a temperaturas por debajo de 23 A (-250°). Por lo tanto, ha surgido una importante científica objetivo: encontrar la sustancia que se cambian en сверхпроводящее estado a una temperatura más alta, de preferencia cercana a la temperatura ambiente, que recibió el nombre de la superconductividad de alta temperatura.

 

En 1986 se abrieron superconductores de alta temperatura (ВТСП) en la base de óxidos de cobre (купратов), y dentro de unos años, la crítica, la temperatura ha subido hasta unos 120 K. sin Embargo, estas sustancias tienen muy difícil de correo de la estructura, lo que hace muy difícil la comprensión de cómo en ellos se produce la transición a la сверхпроводящему estado, sin la cual es imposible el desarrollo de сверхпроводников que trabajan a temperaturas más altas. Desde entonces, durante casi 30 años se han complejos experimentos de estudio de esta cuestión.

En particular, se descubrió que el estado de superconductividad el ВТСП precedido por el estado, llamado "псевдощелевой fase". Este término está relacionado con la característica especial de la energía del espectro de electrones en la sustancia (así se llama el discreto selección de niveles de energía de los electrones en el átomo). Los electrones con valores bajos de energía se encuentran en la capa de valencia de la zona, los electrones con mayor energía, capaces de moverse sobre la sustancia — en la zona de la conductividad. En los semiconductores y диэлектриках валентную zona y zona de conductividad se divide el intervalo prohibidos los valores de la energía, denominado "hendidura". Para participar en la creación de la corriente, el electrón debe tener la energía necesaria para saltar a través de la rendija de la capa de valencia de la zona en la zona de la conductividad. Por lo tanto, cuanto más la anchura de la hendidura, más que las propiedades aislantes de los materiales.

La hendidura se forma y el сверхпроводников, pero tiene otra naturaleza. Cuando se produce la superconductividad, los electrones más cercanos al nivel de fermi, forman los llamados куперовские de la pareja y se depositan en el nivel de fermi, y este nivel se comienza a separar de la hendidura de los niveles individuales de los electrones. El nivel de fermi se determina la temperatura crítica.

Resultó que el ВТСП a temperaturas superiores a los críticos existe el estado con el menor número de niveles permitidos cerca del nivel de fermi, que en normal el explorador de windows. Este fenómeno recibió el nombre de "псевдощель". Es un estado incomprensible de la naturaleza ha provocado un montón de preguntas a los físicos. Ya que el estado de псевдощели precede y en parte existe junto con сверхпроводимостью (compite con ella), los científicos creen que la investigación de este estado, ayudará a revelar los misterios de la ВТСП. En los últimos años, el tema dedicado muchos trabajos, uno de ellos publicado recientemente en la revista "Science".La física del laboratorio nacional de brookhaven y de la universidad de cornell, utilizando desarrollado sus únicos de alta precisión rayo de túnel microscopio, fueron capaces de rastrear los detalles de la transformación de la купрата del dieléctrico en un superconductor, a través de la fase de псевдощели. Su instalación piloto permitió determinar la localización espacial y la dirección de movimiento de los electrones en el material, gracias a que se pudo detectar dos nuevos fenómenos.

En el estado de origen investigado купрат Bi2Sr2CaCu2O8+δ es un aislante. Para convertirlo en ВТСП, a él como la fuente de los portadores de carga (huecos) químicamente añadido de los átomos de oxígeno. Este proceso se llama допирование, para obtener los átomos marcados en la fórmula como "+δ". La física de forma sistemática durante un tiempo prolongado escaneó el material con diferentes niveles de допирования, para ver cómo cambia el comportamiento y la ubicación de los electrones de la evolución del material en сверхпроводящее estado.





Si el número de los portadores de carga (nivel допирования) material pasaba de un estado de dieléctrico en псевдощелевую fase. Cuando la baja densidad de los portadores de carga se ha visto bastante de ese panorama. Surgía un periódico de la estática y la ubicación de algunos de los electrones, que ha recibido el nombre de "onda de densidad" o "bandas". Estas ondas parecidas a las tiras de "congelados" de los electrones. La onda de densidad, como el movimiento de los electrones, están limitadas a ciertas direcciones. Cuando un nuevo aumento del número de cargas, los científicos descubrieron que las ondas de densidad desaparecen, mientras que los electrones en el material adquieren la capacidad de moverse libremente en cualquier dirección. Y esto ocurre al mismo nivel de допирования que el surgimiento neto de superconductividad.

"La primera vez que experimento directamente vinculado la desaparición de las ondas de densidad y relacionadas con el tamaño nanométrico de los defectos de la red cristalina de la con la aparición de los electrones, que fluyen libremente en todas las direcciones necesarias para ilimitado de superconductividad, dijo el autor principal, seamus davis (Séamus Davis). – Estas nuevas dimensiones, por último, nos ha demostrado por qué en el misterioso псевдощелевом estado de este material, los electrones se mueven con soltura".

Davis compara la vigilancia con la habilidad de volar por encima de la helada de un río, donde se puede ver el estáticos fragmentos formados de hielo, y al mismo tiempo descubrir el transcurso de agua líquida. Estos vuelos se realizan una y otra vez durante la primavera, cuando se congela el camino poco a poco se derrite. En купрате, en lugar de aumentar la temperatura de los científicos aumentan el nivel de допирования, para "calentar" la onda de la densidad de cierto punto crítico.

Este descubrimiento confirma desde hace mucho tiempo la idea de que es de la onda de densidad limitan el flujo de electrones y empeoran la máxima superconductividad en псевдощелевой fase. "La estática y la ubicación de los electrones y relacionados de nanoescala de las fluctuaciones de los violan el libre flujo de electrones como el hielo en el río afecta el flujo de agua líquida", dice davis.

Por supuesto, obtener ВТСП no es tan fácil como romper el hielo, pero este descubrimiento da pistas. Si evitar la formación de estáticas de las bandas, cuando se presentan, en última instancia, puede recibir el material, que actuarán como сверхпроводника la más baja densidad допирования y considerablemente más alta temperatura, considera davis.

Adaptado de: Sciencedaily, Brookhaven National Laboratory de la Firma a las imágenes

Fig. 1. Simplificado de un gráfico de áreas apiladas para los conductores, semiconductores y dieléctricos (ru.wikipedia.org).

Fig. 2. El diagrama de fase de estado ВТСП en función de su temperatura y el nivel de допирования (la densidad de huecos). La línea discontinua es la temperatura a la que aparece псевдощель – el área por debajo de la línea. Abovedada área – área de la superconductividad, la frontera es la línea continua – temperatura crítica. Área 1 equivale a псевдощелевого y сверхпроводящего de estado. En la foto de arriba son visibles estáticos de la banda, que desaparecen en la zona 2, donde tiene lugar la neta de la superconductividad. La zona blanca normal de metal en el estado.

 

 

Fuente: nkj.ru