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
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

Анализ и присвоение названия новому метеориту

Встреча с зелеными человечками в Кентукки

Зафиксировали самый удаленный быстрый радиовсплеск

Зонд Люси мог бы посетить еще один астероид

ИИ научился быть злым без чьих-либо указаний

Кинолог запечатлел очень быстрый НЛО

Метеорит пробил дыру в крыше дома в Джорджии

Мужчина, выгуливая свою собаку, запечатлел НЛО

На экзолунах у Альфа Центавра может быть жизнь

Планеты, на которых нет воды, могут производить жидкости

Появление новой статуи на острове Пасхи

Пропавший самолет Амелии Эрхарт найден

Пугающая информация о таинственном межзвездном объекте

Расы инопланетян, о которых известно властям США

Сфера Дайсона поможет воскрешать мертвых

Сходство между околосмертными переживаниями и наркотиками

Туринская плащаница. Это кто-то другой, а не Иисус

Физический варп-двигатель возможен

Черный куб замечен над базой ВВС Райт-Паттерсон

Шокирующее открытие после падения метеорита в Джорджии

База инопланетян в кратере Лаут на Марсе

Видел ли Дональд Трамп НЛО

Древние постройки обнаружили на Меркурии

Завод по производству лунного кирпича

Загадочная комета, прилетевшая из другой системы

НАСА изучает загадочную межзвездную комету

Научились превращать ртуть в золото

НЛО заметили над штатом Нью-Джерси

НЛО наблюдает за семьей в Индии

НЛО оставляет дымный след над Невадой

Обнаружена самая массивная черная дыра

Обнаружены первые звезды Вселенной

Существуют четыре различных вида инопланетян

США используют технологии инопланетян

Таинственный гигант, скрывающийся за черными дырами

Три фигуры появляются на Солнце

Удивительный полет к черной дыре

Федеральный советник по науке призывает изучать НЛО

Экзопланета у ближайшей солнцеподобной звезды

Экзотические вихри на картине 'Звездная ночь'

Гигантский пузырь звезды-сверхгиганта удивляет

Когда марсианский грунт распадется на части

Космическая гонка касается не только крупных стран

Криптотерриториальная гипотеза

Литологические особенности ландшафта Марса

Молодая звезда начинает взрываться

НАСА спешит разместить ядерные реакторы на Луне и Марсе

НАСА ускоренно разрабатывает лунный реактор

Недавние вулканические и термальные изменения на Марсе

Поиск жизни на Марсе был явной целью астросообщества

Почему кабинет Трампа дает разные ответы о НЛО

С помощью ChatGPT пишется все больше научных статей

Самая ранняя черная дыра во Вселенной

Свидетельства о кровавом ритуале на Туринской плащанице

Столкновение облаков приводит к вездообразованию

Тайна Бермудского треугольника раскрыта

Тайны космического винограда

Тайны протопланетных дисков

Что нужно знать о Лох-Несском чудовище

Шестеро преемников могли бы исследовать Марс

Бесконечная зима в Европе все ближе

Библейские руины - ключ к тайне Ковчега завета

Библейское море становится кроваво-красным

Власти США знают о четырех расах инопланетян

Изображение Плащаницы сделано со скульптуры

Конгрессмен рассказал об инопланетянах

Миру следует разработать политику в области НЛО

На Марсе нашли совершенно новый минерал

Наблюдение за НЛО в Уилтшире

Новые подсказки в поисках Восьмого чуда

Обнаружена экзопланета в обитаемой зоне Альфы Центавра

Популярные места для наблюдения НЛО в США

Страх охватил деревни в Австралии из-за НЛО

Существо в реке Хан в Сеуле стало вирусным

Тайна Атлантиды становится все более загадочной

Тайна человеческого сердца Леонардо да Винчи

Тулси Габбард возрождает теорию заговора о НЛО

Ученые предсказывают Конец света

Центр изучения НЛО открывает набор учителей

Что означает интерес Джей Ди Вэнса к НЛО

Безумный план посетить черную дыру

Загадочные временные явления в тени Земли

Загадочный межзвездный обьект - инопланетный корабль

Закрыли изучавший телепортацию институт МГУ

Заметили облако в форме рестлера Халка Хогана

Затонувший город расскажет о Ноевом ковчеге

Межзвездная экспедиция к черной дыре

Межзвездный объект имеет разумный дизайн

Мрачное предупреждением о 15 годах антиутопии

НЛО сняли в холмах Малверн

Новое открытие в Туринской плащаницы

Новый вид физики, не виданный ранее

Новый окрас кошек противоречит генетическим ожиданиям

Пилот уверен, что нашел самолет Амелии Эрхарт

Признаки древней жизни на Красной планете

Самое странное кольцо Сатурна

Суперинтеллект роботов может привести к Апокалипсису

Существуют другие видео маневров НЛО у Нимица

Сфера Буга - часть скрытой планетарной сети

Таинственные шары требуют научного изучения

Мраморные памятники фото и цена

Автомобилист принял телескоп за НЛО

Великая пирамида на тысячелетия старше фараонов

Вера в возможность существования внеземной жизни

Давайте сохраним Луну

Директор национальной разведки рассказала о НЛО

Доказательство приземления НЛО тысячи лет назад

ИИ ChatGPT превратили в похитителя данных

ИИ вскоре получит контроль над ядерным оружием

Инопланетный зонд нужно изучить

Инопланетяне живут рядом с нами

Направляясь к системе Проксимы Центавра

Огромный подводный город недалеко от Ноева ковчега

Орбита - игровая площадка для миллиардеров

Планеты-изгои могут образовывать планетные системы

Познакомьтесь с черными дырами среднего размера

Путешествие к экзопланете может занять 250 лет

Суперсталь выведет термоядерный синтез на новый уровень

Там могут быть инопланетяне

Теории о происхождении темной материи

Футуристический корабль для полета к звездам

Безумная теория астрофизика

Бесследное исчезновение самолета у Австралии

Взгляните на индонезийский фестиваль НЛО

Все люди могут быть пришельцами с Марса

Деревушка в Шотландии - столица НЛО Великобритании

Зеленый НЛО, похожий на кальмара, над Далласом

Кто первым построит ядерный реактор на Луне

Люди развили две ноги не для того, чтобы бегать

Металлический шар над вулканом в Мексике

Мужчина установил связь с умершим сыном

Нечто в доме приставало по ночам к девочкам

НЛО оказался зеркалом телескопа

НЛО потерпел крушение у Стокгольма

Стоит ли бояться приближающейся кометы

Странное лицо на горе в Чили

Страшное предупреждение Хокинга об НЛО

Таинственный межзвездный объект неестественен

Уфологи пытаются реформировать Великобританию

Хокинг нас предупреждал

Хронология Великой пирамиды не верна

Перепланировка нежилого помещения. Законность и порядок действий

Библейское предупреждение о конце света

Вращение Земли таинственным образом ускорилось

Загадочное лицо на вершине горы в Чили

ИИ самостоятельно обнаружил уязвимости в ПО

Конгрессмена проинформировали об инопланетянах

Консультация, данная разоблачителю Дэвиду Грушу

Криптозоолог занялся политикой

Лох-Несское чудовище выглядит иначе

НЛО вызвали переполох в Индии

Отпечаток пальца библейского персонажа

Повернуть время вспять и стереть ошибки

Провал ключевой для колонизации Луны миссии

Связь между депрессией и датой рождения

США намерены оккупировать Луну

Теория о подозрительной активности в космосе

Трюк с квантовой запутанностью

Уфолог ушел в политику

Уфологи обнаружили базу инопланетян

Фильм 'Пришельцы в Америке - дело Паскагулы'

Экзопланеты подсказали размер и состав Планеты Х

Aвcтpaлийcкaя aнoмaльнaя зoнa нaпoминaeт o ceбe

Будущее астрономии на Луне

Вирусное видео с НЛО над Далласом

Вице-президент США хочет исследовать феномен НЛО

Внутри человека скрывается новая форма жизни

Джей Ди Вэнс рассказал о тайне НЛО

Инопланетян заметили над Далласом

Истинное предназначение Туринской плащаницы

Как напрямую обнаружить темную материю

Когда пространство становится временем

Нейтрино и темная материя

Обнаружение Земли-2 имеет решающее значение

Предупреждение Хокинга об инопланетянах и НЛО

Приземление зонда инопланетян на Земле назвали бредом

Туринская плащаница не была положена на Иисуса

Туринская плащаница соответствует барельефу статуи

Человечество скоро достигнет своего пика

Что происходит непосредственно перед ударом молнии

Эволюция древних библейских рукописей

Я заночевала в призрачном пабе Уэльса

Помощь при запое. Как работает детоксикация организма

Американская общественность узнает об НЛО

Вице-президент США Джей Ди Вэнс одержим НЛО

Власти США очарованы неопознанными летающими объектами

Наверх
Яндекс.Метрика