Menuju Kamar Suhu-Superkonduktor : Advance Masukkan Memahami 'Pseudogap' di Superkonduktor Fase Tc Tinggi

Para ilmuwan telah mencoba selama 20 tahun untuk memahami mengapa suhu rendah di mana tembaga-oksida superkonduktor membawa arus tanpa hambatan tidak dapat ditingkatkan menjadi lebih dekat dengan suhu kamar. Baru-baru ini, para ilmuwan telah berfokus pada mencoba memahami dan mengendalikan fase elektronik disebut pseudogap "" fase, yang bersifat non-superkonduktor dan diamati pada suhu di atas fase superkonduktor. Tapi apa bentuk tatanan elektronik (jika ada) ciri fase pseudogap tetap misteri frustasi dan menantang.           

 

Sekarang para ilmuwan telah menemukan perbedaan mendasar dalam cara berperilaku elektron pada dua lokasi-atom oksigen yang berbeda dalam setiap unit-oksida tembaga, yang tampaknya merupakan properti khusus dari fase pseudogap non-superkonduktor. Penelitian - dijelaskan dalam edisi 15 Juli 2010, dari Alam - dapat menyebabkan pendekatan baru untuk memahami fase pseudogap, yang telah hipotesis sebagai rintangan kunci untuk mencapai superkonduktivitas suhu kamar.
"Banyak orang menganggap hilangnya superkonduktivitas yang terjadi ketika fase pseudogap muncul sebagai indikasi bahwa pseudogap adalah pembunuh superkonduktivitas suhu kamar dalam-oksida tembaga," kata ketua peneliti Séamus Davis, direktur Center for Emergent superkonduktivitas pada US Department of Energy's Brookhaven National Laboratory dan Distinguished Profesor JD Putih Ilmu Fisik di Universitas Cornell. "Mendeteksi perbedaan perilaku elektron pada dua lokasi oksigen dalam setiap unit-oksida tembaga pada energi pseudogap mungkin merupakan langkah yang sangat signifikan terhadap mengidentifikasi apa pseudogap negara dan bagaimana hal itu mempengaruhi superkonduktivitas."
Untuk mengidentifikasi perubahan perilaku elektronik, Davis bekerja dengan fisikawan lain dari Binghamton University, Cornell University, Brookhaven, Universitas Tokyo, Advanced Lembaga Ilmu Pengetahuan dan Teknologi di Korea, RIKEN laboratorium di Jepang, dan Jepang Institute of Advanced Industrial Science dan Teknologi. Menggunakan teknik yang dikenal sebagai pencitraan spektroskopi scanning tunneling mikroskop, mereka mengukur kemudahan yang relatif dengan elektron dapat melompat dari permukaan tembaga pada setiap individu dan situs oksigen ke ujung jarum mikroskop. pendekatan teoretis Baru dirintis oleh Michael Lawler dari Binghamton dan Eun-Ah Kim dari Cornell membantu kelompok memahami perilaku elektron.
Di seberang kristal tembaga-oksida seluruh, para ilmuwan menemukan perbedaan yang luar biasa di negara-negara elektronik terkait dengan fase pseudogap misterius: Jumlah elektron mampu "terowongan" ke ujung mikroskop berbeda tergantung pada posisi dari atom oksigen relatif terhadap atom tembaga. "Gambar atom tembaga di pusat unit, dengan satu oksigen ke 'utara' dan satu ke 'timur,' dan seluruh unit berulang berulang di lapisan tembaga-oksida," kata Davis. "Dalam setiap unit-oksida tembaga tunggal, kemampuan tunneling elektron dari atom oksigen utara berbeda dari oksigen timur."
Penemuan ini perilaku asimetris dapat terobosan dalam memahami dan mengontrol superkonduktor suhu tinggi karena, secara historis, mengungkapkan penurunan simetri bertanggung jawab bagi negara-negara lain materi telah menyebabkan kemajuan besar dalam memahami dan mencapai kontrol atas negara-negara bagian. Sebagai contoh, penemuan simetri rusak pada kristal cair akhirnya untuk mengontrol mereka dan penggunaan sehari-hari di layar kristal cair (LCD).
Para ilmuwan akan mengejar pseudogap penelitian mereka, pertama dengan mencari sebuah simetri rusak yang sama dalam superkonduktor oksida tembaga-lain. Mereka juga akan mencoba untuk menentukan: bagaimana asimetri perilaku terarah pada elektronik mempengaruhi kemampuan elektron mengalir melalui sistem; bagaimana mungkin dapat menghambat arah ketergantungan superkonduktivitas, dan akhirnya, bagaimana mungkin ini diatasi pada suhu cukup hangat untuk membuat tinggi suhu teknologi superkonduktor praktis.
"Tujuan utamanya adalah untuk menemukan atau membuat bahan-bahan yang dapat bertindak sebagai superkonduktor, untuk membawa arus listrik tanpa kehilangan energi, pada suhu kamar," kata Davis.
superkonduktor konvensional, dan bahkan yang "dikenal tinggi suhu" varietas, semua harus didinginkan di bawah temperatur dingin - beberapa zero absolut dekat, atau -273 ° C - untuk beroperasi tanpa kehilangan energi. Yang membutuhkan, dengan menggunakan pendingin seperti helium atau nitrogen cair, membuat mereka tidak praktis untuk keperluan sehari-hari.
"Mengembangkan superkonduktor yang beroperasi tanpa memerlukan pendingin akan transformasional," kata Davis. "Bahan tersebut akan sangat meningkatkan efisiensi sistem energi-distribusi, menyimpan sejumlah besar uang dan memperbarui jaringan listrik untuk memenuhi kebutuhan abad ke-21."