Тайны псевдощели в квантовой физике разгаданы
Благодаря умелому применению вычислительной техники ученые совершили прорыв в понимании "псевдощеля", давней загадки в квантовой физике, тесно связанной со сверхпроводимостью. Открытие, представленное в журнале Science, поможет ученым в их поисках сверхпроводимости при комнатной температуре, святого грааля физики конденсированных сред, который позволит передавать энергию без потерь, создавать более быстрые аппараты магнитно-резонансной томографии и сверхбыстрые левитирующие поезда.
Некоторые материалы, в состав которых входят медь и кислород, обладают сверхпроводимостью (при которой электричество течет без сопротивления) при относительно высоких, но все же низких температурах, ниже минус 140 градусов по Цельсию. При более высоких температурах эти материалы переходят в так называемое псевдощелевое состояние, в котором они иногда ведут себя как обычный металл, а иногда больше похожи на полупроводники.
Ученые обнаружили, что псевдощель присутствует во всех так называемых высокотемпературных сверхпроводящих материалах. Но они не понимали, почему и как это проявляется, и сохраняется ли оно, когда температура падает до абсолютного нуля (минус 273,15 градуса по Цельсию) - недостижимого нижнего предела температуры, при котором движение молекул прекращается.
По словам соавтора исследования Антуана Жоржа, директора Центра вычислительной квантовой физики Института Флэтайрона, благодаря лучшему пониманию того, как возникает псевдощель и как она соотносится с теоретическими свойствами сверхпроводящих материалов при абсолютном нуле, ученые получают более четкое представление об этих материалах.
"Это похоже на то, что у вас есть пейзаж и много тумана, а раньше вы могли видеть только несколько долин и несколько вершин", - говорит он. "Теперь туман рассеивается, и мы можем видеть больше пейзажа в целом. Это действительно захватывающее время".
Квантовые физики могут изучать такие состояния, как псевдощель, с помощью вычислительных методов, моделирующих поведение электронов в материале. Но эти вычисления невероятно сложны из-за квантовой запутанности, при которой электроны становятся связанными и не могут рассматриваться по отдельности даже после того, как они разделяются. Для более чем нескольких десятков электронов прямой расчет поведения всех частиц невозможен.
"Вычислить свойства этих материалов чрезвычайно сложно — их невозможно точно смоделировать даже на самом мощном компьютере, который только можно придумать", - говорит Джордж. "Приходится прибегать к хитроумным алгоритмам и упрощенным моделям".
Одна из известных моделей называется моделью Хаббарда: исследователи рассматривают материал как шахматную доску, по которой электроны могут перемещаться между соседними ячейками подобно ладье. Электроны могут вращаться как вверх, так и вниз. Два электрона могут занимать одно и то же место на плате только в том случае, если у них противоположные спины и они затрачивают энергию. С помощью этой модели, которая появилась в 1960-х годах, ученые могут применять различные вычислительные методы, каждый из которых имеет свои сильные и слабые стороны в разных ситуациях.
"Есть класс методов, которые очень хорошо работают при нулевой температуре, и есть другой класс методов, которые очень хорошо работают при конечных температурах", - говорит Федор Шимкович IV, ведущий автор нового исследования, который был постдоком вместе с соавтором Мишелем Ферреро в Политехнической школе и Колледже искусств. Франция в Париже, а в настоящее время возглавляет команду IQM Quantum Computers в Мюнхене, Германия. "Эти два мира обычно не общаются друг с другом, потому что между ними, при очень низких, но конечных температурах, на самом деле находится самый сложный с точки зрения вычислений режим".
Это промежуточное состояние и есть то самое место, где находится псевдощель. Чтобы справиться с этим режимом, команда применила алгоритм под названием diagrammatic Monte Carlo, который был впервые описан в 1998 году; в 2017 году он был усовершенствован Риккардо Росси, соавтором новой статьи. В отличие от квантового Монте-Карло, плодотворного и хорошо известного алгоритма, который использует случайность для изучения небольших областей модели за один раз и объединяет эти исследования для получения выводов, диаграммный Монте-Карло рассматривает взаимодействия по всей шахматной доске сразу.
"Метод диаграммного Монте-Карло сильно отличается", - говорит Росси, исследователь из CNRS и Университета Сорбонны. "В принципе, мы можем моделировать бесконечное число частиц".
Вооружившись схематическим методом Монте-Карло, команда выяснила, что происходит с материалами с псевдощелью, когда они остывают до абсолютного нуля. Из предыдущих исследований они знали, что материалы могут начать становиться сверхпроводящими или у них могут образоваться "полосы", в которых электроны выстраиваются в ряды совпадающих спинов, разделенных рядами пустых квадратов.
В какое состояние переходит модель Хаббарда при абсолютном нуле, зависит от количества электронов. Когда модель включает в себя ровно столько электронов, сколько клеток на шахматной доске, вся доска превращается в устойчивый шахматный узор с восходящими и нисходящими спинами, что делает материал электрическим изолятором (совершенно неинтересным для исследований сверхпроводимости, поскольку изоляторы противоположны проводникам). Добавление или отнятие электронов может привести к появлению сверхпроводимости и/или полос.
Исследователи знали, что при более высоких температурах, при которых электроны все еще перемещаются, удаление электронов вызовет псевдощель, но они не знали, что произойдет при охлаждении материала.
"Обсуждался вопрос, всегда ли псевдощель переходит в полосатое состояние", - говорит Джордж. "Наша статья отвечает на этот важный вопрос в данной области и закрывает это окно". Исследование показало, что когда материалы в псевдощели охлаждаются до абсолютного нуля, на них действительно образуются полосы. Интересно, добавляет Джордж, что изменение модели Хаббарда, позволяющее осуществлять диагональные перемещения, как у слона, приводит к тому, что псевдощель превращается в сверхпроводник по мере остывания.
В статье также был дан ответ на вопрос о том, что вызывает псевдощель, в которой расположение электронов больше не является однородным, как это было при абсолютном нуле, а вместо этого включает в себя несколько полосатых областей, несколько квадратов с двумя электронами, несколько дырок и несколько участков в шахматном порядке. Исследователи выяснили, что как только в расположении электронов появляются эти шахматные участки, материалы попадают в псевдощель. Эти два важных ответа на вопрос о псевдощели помогают еще больше прояснить модель Хаббарда.
"На более широком уровне, все это является частью коллективных усилий всего научного сообщества по объединению вычислительных подходов, позволяющих раскрыть эти сложные орешки", - говорит Джордж. "Мы переживаем времена, когда, наконец, эти проблемы проясняются".
Эти результаты также принесут пользу другим приложениям, выходящим за рамки численных расчетов, включая квантовое моделирование газов - 20-летнюю область на стыке квантовой оптики и физики конденсированных сред. В этих экспериментах атомы охлаждаются до сверххолодных температур, а затем с помощью лазеров улавливаются в сетку, подобную модели Хаббарда. Благодаря новым разработкам в области квантовой оптики исследователи теперь могут понизить эти температуры почти до такой степени, что образуется псевдощель, объединяющая теорию и эксперимент.
"Наша статья имеет прямое отношение к моделированию ультрахолодных квантовых газов", - говорит Джордж. "Эти квантовые симуляторы сейчас находятся на грани того, чтобы увидеть это явление псевдощели, поэтому я ожидаю действительно интересных разработок в ближайшие год-два".
Источник
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Отправить донат на поддержку проекта "Аномальные новости"
Меню
Архив материалов
Проекты наших читателей
Контакты исследователей
Подписка на новости
Проекты
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
Новости
26.02.2002 - 05.07.2002
05.08.2002 - 23.10.2002 (562)
24.10.2002 - 17.01.2003 (585)
20.01.2003 - 07.04.2003 (709)
08.04.2003 - 01.08.2003 (709)
04.08.2003 - 18.11.2003 (763)
19.11.2003 - 31.03.2004 (721)
01.04.2004 - 13.08.2004 (825)
16.08.2004 - 22.11.2004 (782)
23.11.2004 - 28.03.2005 (756)
29.03.2005 - 29.07.2005 (807)
30.08.2005 - 02.12.2005 (927)
05.12.2005 - 21.04.2006 (912)
24.04.2006 - 23.10.2006 (999)
24.10.2006 - 03.05.2007 (999)
04.05.2007 - 28.01.2008 (999)
29.01.2008 - 12.01.2009 (999)
13.01.2009 - 07.07.2009 (966)
22.08.2009 - 21.01.2010 (996)
22.01.2010 - 22.06.2010 (1000)
23.06.2010 - 14.01.2011 (1042)
17.01.2011 - 31.05.2011 (1008)
01.06.2011 - 03.11.2011 (1003)
07.11.2011 - 16.03.2012 (996)
19.03.2012 - 09.06.2012 (1009)
13.06.2012 - 07.09.2012 (988)
10.09.2012 - 19.11.2012 (1004)
20.11.2012 - 14.01.2013 (1015)
15.01.2013 - 22.02.2013 (1000)
23.02.2013 - 08.04.2013 (991)
09.04.2013 - 31.05.2013 (1015)
01.06.2013 - 18.07.2013 (992)
19.07.2013 - 03.09.2013 (1014)
04.09.2013 - 20.10.2013 (1001)
21.10.2013 - 02.12.2013 (1001)
03.12.2013 - 18.01.2014 (997)
19.01.2014 - 07.03.2014 (994)
08.03.2014 - 24.04.2014 (1000)
25.04.2014 - 18.06.2014 (1005)
19.06.2014 - 15.08.2014 (1019)
16.08.2014 - 07.10.2014 (1006)
08.10.2014 - 16.11.2014 (995)
17.11.2014 - 25.12.2014 (1004)
26.12.2014 - 09.02.2015 (989)
10.02.2015 - 20.03.2015 (998)
21.03.2015 - 22.04.2015 (1001)
23.04.2015 - 29.05.2015 (997)
29.05.2015 - 30.06.2015 (995)
30.06.2015 - 29.07.2015 (990)
29.07.2015 - 26.08.2015 (998)
27.08.2015 - 24.09.2015 (988)
25.09.2015 - 22.10.2015 (991)
23.10.2015 - 18.11.2015 (1000)
18.11.2015 - 16.12.2015 (990)
17.12.2015 - 23.01.2016 (1000)
24.01.2016 - 25.02.2016 (1000)
26.02.2016 - 24.03.2016 (1000)
24.03.2016 - 16.04.2016 (990)
17.04.2016 - 19.05.2016 (999)
20.05.2016 - 22.06.2016 (993)
23.06.2016 - 01.08.2016 (995)
02.08.2016 - 12.09.2016 (990)
13.09.2016 - 25.10.2016 (989)
26.10.2016 - 05.12.2016 (995)
06.12.2016 - 15.01.2017 (995)
16.01.2017 - 23.02.2017 (990)
24.02.2017 - 03.04.2017 (994)
04.04.2017 - 18.05.2017 (1000)
19.05.2017 - 05.07.2017 (1000)
06.07.2017 - 24.08.2017 (1000)
25.08.2017 - 06.10.2017 (991)
07.10.2017 - 15.11.2017 (990)
16.11.2017 - 24.12.2017 (1000)
25.12.2017 - 04.02.2018 (990)
05.02.2018 - 17.03.2018 (1000)
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - 11.06.2018 (1000)
12.06.2018 - 18.07.2018 (990)
19.07.2018 - 24.08.2018 (1000)
25.08.2018 - 02.10.2018 (1000)
03.10.2018 - 07.11.2018 (990)
08.11.2018 - 13.12.2018 (990)
14.12.2018 - 23.01.2019 (1000)
24.01.2019 - 02.03.2019 (1000)
03.03.2019 - 12.04.2019 (1010)
13.04.2019 - 23.05.2019 (990)
24.05.2019 - 03.07.2019 (1000)
04.07.2019 - 11.08.2019 (1000)
12.08.2019 - 16.09.2019 (990)
17.09.2019 - 26.10.2019 (1000)
27.10.2019 - 12.12.2019 (1000)
13.12.2019 - 25.01.2020 (1000)
26.01.2020 - 06.03.2020 (990)
07.03.2020 - 16.04.2020 (1010)
17.04.2020 - 19.05.2020 (1000)
20.05.2020 - 25.06.2020 (990)
26.06.2020 - 04.08.2020 (995)
05.08.2020 - 16.09.2020 (1005)
17.09.2020 - 26.10.2020 (990)
27.10.2020 - 27.11.2020 (990)
28.11.2020 - 07.01.2021 (990)
08.01.2021 - 15.02.2021 (1000)
16.02.2021 - 31.03.2021 (1000)
01.04.2021 - 12.05.2021 (1000)
13.05.2021 - 14.06.2021 (990)
15.06.2021 - 26.07.2021 (980)
27.07.2021 - 31.08.2021 (990)
01.09.2021 - 07.10.2021 (1000)
08.09.2021 - 07.11.2021 (1000)
08.11.2021 - 10.12.2021 (1000)
11.12.2021 - 24.01.2022 (990)
25.01.2022 - 04.03.2022 (1000)
05.03.2022 - 10.04.2022 (990)
11.04.2022 - 17.05.2022 (1000)
18.05.2022 - 23.06.2022 (980)
24.06.2022 - 31.07.2022 (990)
01.08.2022 - 13.09.2022 (990)
14.09.2022 - 21.10.2022 (990)
22.10.2022 - 29.11.2022 (1000)
30.11.2022 - 22.01.2023 (1000)
23.01.2023 - 02.03.2023 (990)
03.03.2023 - 21.04.2023 (1000)
22.04.2023 - 13.06.2023 (990)
14.06.2023 - 02.08.2023 (1000)
03.08.2023 - 21.09.2023 (1000)
22.09.2023 - 06.11.2023 (990)
07.11.2023 - 24.12.2023 (990)
25.12.2023 - 18.02.2024 (1000)
19.02.2024 - 05.04.2024 (990)
06.04.2024 - 25.05.2024 (1000)
26.05.2024 - 26.07.2024 (1000)
26.07.2024 - 25.08.2024 (990)
26.08.2024 - 28.09.2024 (980)
29.09.2024 - 01.11.2024 (1000)
02.11.2024 - 02.12.2024 (980)
03.12.2024 - 08.01.2025 (990)
09.01.2025 - 09.02.2025 (1000)
10.02.2025 - 20.03.2025 (1000)
21.03.2025 - 03.05.2025 (990)
04.05.2025 - ...
Статьи
Статьи: раздел 1 (1024)
Статьи: раздел 2 (1006)
Статьи: раздел 3 (1000)
Статьи: раздел 4 (1044)
Статьи: раздел 5 (1001)
Статьи: раздел 6 (1000)
Статьи: раздел 7 (1000)
Статьи: раздел 8 (1013)
Статьи: раздел 9 (1000)
Статьи: раздел 10 (1000)
Статьи: раздел 11 (329)
Статьи: раздел 12 (1000)
Статьи: раздел 13 (730)
Лента новостей

Взгляды американцев на НЛО

Группы уфологов, пытающиеся связаться с НЛО

Древний Шумер пал от ядерного удара

Древняя шумерская астрономия в графстве Уилтшир

Загадка четвёртой пирамиды Гизы

Имеют ли НЛО земные объяснения

Инопланетные технологии и политика в отношении НЛО

Инопланетянам было бы всё равно, кто президент

Контактеры являются современными шаманами

Куда исчезли пирамиды посреди египетского озера

Мы не знаем истинных размеров египетских пирамид

Наука пока не готова к детям на Луне и Марсе

НЛО и круги на полях. Верить или нет

Опрос показал скептическое отношение к НЛО

Опыт службы в спецназе подготовил к НЛО

Первый официальный отчёт о НЛО

Правительство США скрывает информацию об НЛО

Разрешили один из самых странных споров

Создали практически неразрушимый алмаз

Таинственный метаморф у водопада Деттифосс

Мобильные стенды и рекламные конструкции. Как организовать пространство мероприятия

Верите ли вы в НЛО. Ответ теолога

Грибы заложили основу человеческой цивилизации

Живые клетки можно перепрограммировать

Загадки, метеоры и фу-файтеры

Зеркало как портал

Инопланетяне живут в океанах Земли

Кем были гиганты, правившие до ацтеков

Кто такой Чёрный человек и зачем он приходит к людям

Куда исчез Колосс Родосский

Огромный комплекс курганов скрывался на виду

Одежда, которая сбивает с толку системы видеонаблюдения

Одержимость Трампа НЛО принимает унизительный оборот

Путешествие маори в Антарктиду

Самая опасная часть раскрытия информации об НЛО

Таинственная дорога Бимини - путь в Атлантиду

Тайна гигантского Зуба Будды

Тёмные времена Кали-юги

Убедительные признаки существования тёмной материи

Уфолог рассказал о близких контактах

Хроники необычных явлений XVI–XVII веков

Древние легенды о посланцах с небес

Древний бог, враг и хранитель мироздания

Жена астронавта раскрыла лунные тайны

Жизнь, смерть и жизнь подавленных воспоминаний

За что на самом деле истребили кентавров

Загадочный затерянный континент инопланетян

Инженер НАСА увидел НЛО, осветившее небо

Как космические камни превращаются в метеориты

Как получать изображения каменистых экзопланет

Как путешествие Солнца сформировало климат Земли

Как разум возник из бессознательной материи

Метеоритная пыль хранит следы магнетизма

Неопознанные биологические объекты

Огромный дискообразный корабль заметили над США

Открытие гигантских скелетов в Огайо

Первое НЛО в США оказалось посланцем мира духов

Самая опасная часть раскрытия НЛО - не инопланетяне

Сверхпроводимость, усиленная вакуумными флуктуациями

Христиане расходятся во мнениях о науке о разуме

Четырехзвездная система, затмевающая саму себя

Воздушный корабль иезуита

Вспышки чёрных дыр становятся всё тусклее

Гидрид железа переходит в экзотическое состояние

Древняя раса крылатых существ

Изменение ядерной геометрии кислорода и неона

Инопланетяне живут в океанах Земли

Исследование верований в НЛО

Каллисто привлекает меньше всего внимания

Капли РНК способствовали зарождению жизни на Земле

Китай запускает лунную миссию по поиску водяного льда

Кто возвел мегалитическую стену в селе Чусовое

Куда инопланетяне увезли целую деревню

Луна - космический корабль пришельцев

Марсоход обнаружил огромное поле многоугольников

Миф незаметно превратился в фольклор

НЛО - это, по сути, американские технологии

Новые модели показывают, что Земля - не случайность

Темная энергия и квантовая гравитация взаимосвязаны

Ученые считают, что обнаружили остатки Ноева ковчега

Я поговорила с призраком одной из жертв

Как изменение выхлопа влияет на звук автомобиля

Выбор диагностических сканеров. Оборудование для автодиагностики и критерии выбора

Анализ научной литературы с помощью ИИ

Впервые в истории получена квантовая запутанность

Карта песчаных дюн дает подсказки о далеких мирах

Книга 'Мы хотим верить' исследует реальность НЛО

Металлы НЛО оказались не земного происхождения

Новые рассекреченные документы об НЛО

Океан, хранящий скрытую историю Земли

Первые мгновения существования Вселенной

Первый в мире аэровокзал для аэротакси

Правительство США лжет в новостях об НЛО

Признаки двойного взаимодействия Хиггса

Роботы займут рабочие места на кухнях и аптеках

Серу обнаружили вокруг редкого класса звезд

Сканируйте книги пока их не уничтожил ИИ

Содержит ли правительство США тела инопланетян

Создали невидимые и невесомые линзы для VR-очков

Солнечные, магнитные и энергетические паруса

США скрывают четыре инопланетных вида

Тела инопланетян переместили в медицинские институты

Учёный НАСА использовал телепатию

Ванга предсказала дату конца света

Время и пространство не существуют

Загадка Ноева ковчега углубляется

Здоровье и космические полеты

Микробы могут выжить на южном полюсе Луны

Насколько мы близки к инопланетной жизни

НЛО преследовал меня прежде чем исчезнуть в море

Обнаружен Манхэттен на Марсе

Передача рабочих задач ИИ имеет свою цену

Правда о наблюдениях НЛО над Канадой

Самая быстрая из известных звезд Млечного Пути

Секрет квантовых вычислений заключается в негативности

Странный объект замечен на Марсе

США скрывают несколько инопланетных видов

США скрывают тела четырех видов инопланетян

Трампу следует действовать быстро в отношении НЛО

Треть американцев изменили свое мнение об НЛО

Учёный видел свидетельства обнаружения тел инопланетян

ФБР подробно описывает странный объект в небе

Физик обнаружил частицы, совершающие невозможное

Врата в инопланетную базу на Меркурии

Десять необычных достопримечательностей США

Жуткое предсказание физика о конце света

Запустили прототип биологического ЦОД

Земные микробы могут выжить на Луне

ИИ Grok начал отвечать бессвязной чушью

ИИ на самом деле просто выполнял инструкции

Людей научились распознавать по обычному Wi-Fi

Микробиологи нашли у иммунных клеток осязание

На марсианском побережье обнаружены руины города

Необычная перестройка иммунитета у супердолгожителей

НЛО наблюдает за миссией НАСА 1967 года

НЛО ромбовидной формы замечен над Китаем

Новые доказательства библейской истории о Моисее

Плазменный шар посетил дом уфолога

Планеты из других галактик обнаружили в Млечном Пути

Пророки говорят - Конец света близок

Роботы пришли на службу в полицию Китая

Тайна затерянного египетского города

ЦРУ помогло становлению компании Apple

Оборудование для автодиагностики и чип-тюнинга китайских автомобилей

Были ли денисовцы высокими

Древний город на Красной планете

Загадочные вспышки осветили пустыню в Калифорнии

Закономерность, выявленная в квантовой материи

Инопланетяне разгуливают по Марсу

Информатор раскроет подробности о инопланетянах

Как услышать голоса своих частей тела

Мистическое место Лысая гора

Обнаружили инопланетный объект на дне океана

Подозреваемый в убийстве секретного ученого

Почему НЛО - главная угроза для военных баз США

Правительство США скрывает тела инопланетян

Присутствие инопланетян на Красной планете

Радиационные исследования Туринской плащаницы

Соревнования по созданию радиотелескопа на Луне

Странные случаи наблюдения НЛО в Америке

США скрывают останки инопланетных видов

Тела четырех различных инопланетных видов

Темные звезды оставили после себя эхо

Трампа просят показать тела инопланетян

Жизнь после исчезновения струй черных дыр

Земля - лаборатория или новый дом

ИИ может усугубить политическую поляризацию

Инопланетяне - соседи землян из другого пространства

Инопланетяне наблюдают за нами как зоопарке

Как можно объяснить внешний вид Деймоса

Какое количество пыли с Марса безопасно для дыхания

Марсианский минерал, из которого образуются рубины

Марсолеты будут оснащены революционной антенной

Новый инструмент измеряет биологический возраст клеток

Оборотень из Фликстона

Получены снимки кратера от ракеты Falcon 9 на Луне

Почему христиане никогда не упоминают демонов

Саркофаги фараонов - копии инопланетных кресел

Связь между противоречивыми убеждениями и конспирологией

Сувениры из этого города проклинают туристов

Тайна вымерших рас белых гигантов

Теория скрытых звёзд

Что подразумевают под межпространственными существами

Ядерный удар по астероиду может нас спасти

Изготовление пластиковых табличек. Точная визуальная коммуникация для бизнеса

Автомобиль в собственность без банка. Выкуп, рассрочка, раскат и лизинг

Наверх
Яндекс.Метрика