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

Важно работать в команде на Марсе

Десятки пылевых вихрей в системе марсианских каньонов

Древнее кладбище для вампиров

Загадочное образование около острова Йонагуни

Заявление бывшего сотрудника НАСА об НЛО

Инопланетяне нападают на христианскую доктрину

Кардинал высказался о роли экзорциста и НЛО

НАСА продлило стигматизацию НЛО

Нечеловеческое происхождение обнаруженных объектов

Пастор, прошедший инструктаж по НЛО

Пентагон продолжает публикацию сведений о НЛО

Пикник с путешественником во времени

Путешествующий во времени ребенок

Самые популярные у инопланетян города Техаса

Сверхновые исследуют с помощью черных дыр

Секретный проект Кронос

Слежка за людьми по электромагнитным утечкам смартфона

Тела существ на местах крушений НЛО

Террористы могут использовать ИИ для создания пандемий

Умственные способности достигают пика в 55-60 лет

Глубинное государство изобрело повальное увлечение НЛО

Жители Чернобыля передают мутации своим детям

Загадочная комета в три раза старше Земли

Заявления о бразильских инопланетянах

ИИ может видеть признаки жизни там, где их нет

Как мир оказался охвачен охотой на инопланетян

Лучший способ уничтожить астероид-убийцу

НЛО, зависший над пляжем Хякуна

Новая формула числа Пи

Пользователи чат-ботов чаще верят мифам о вакцинации

Портрет короля Генриха VIII с необычными деталями

Правительство США делает классные вещи

Пугающее предупреждение человечеству

Разумные инопланетяне совсем не похожи на людей

Сон в коме предсказал рождение близнецов

США приняли на вооружение противоспутниковую систему

У НАСА есть снимки НЛО

Ури Геллер помог сборной Англии

Уфолог приглашает в шотландскую горячую точку

Эксперт объясняет, что делать, если вы заметили НЛО

Революция в цифровом маркетинге. Как генеративные модели меняют работу с контентом

Как выбрать надежную входную дверь. Параметры прочности, теплоизоляции и защиты от шума

Активность молодых звезд определяет эволюцию

Вера в заговоры приводит к разрыву в отношениях

Восьмой континент Земли больше не потерян

Выставка Хлои Уайз 'Экстрасенсорика'

Группа Megadeth использовала теории заговора

Космическая антенна в масштабе астероида

Лавовая планета имеет богатую водородом атмосферу

Майкрософт может отслеживать все устройства с Windows

Мистическая сфера Бетца. Факты, мифы, история

Мнение американцев о раскрытии информации об НЛО

Мы ошибались относительно происхождения жизни

Нераскрытая тайна убийства Черной Далии

Одному типу НЛО найдено научное объяснение

Пентагон прячет оружие нового поколения

Подробности крушения НЛО в Нью-Мексико

Поиск инопланетных мегаструктур в пыли

Примитивная планетная система у молодой звезды

Седина может быть обратимой

Шесть загадочных сфер выбросило на берег Австралии

Я плавала на каноэ по проклятым водам

Военные корпорации скрывают НЛО

Глубокие океаны магмы удерживали железо на Марсе

Гуманоидные инопланетные гибриды

Заявления НАСА о сокрытии фотографий с НЛО

Инопланетное оружие обнаружено на поверхности Марса

Когда ветры черной дыры подавят звездообразование

Когда Земля будет уничтожена угасающим Солнцем

Космическое агенство США стерло лунные сооружения

Могла ли Земля зародить жизнь на Европе

НАСА стирает НЛО с фотографий перед публикацией

Отслеживание эволюции струи черной дыры M87

Похищения инопланетянами происходят не только в Голливуде

Пропавший ученый работал над проектом телепортации

Раскрытие секретных технологий инопланетян

Реальность путешествий во времени

Странные наблюдения НЛО в небе Великобритании

Фотолаборатории НАСА удаляют с фото НЛО

Черные дыры испускают запоздалые сигналы

Что нужно делать если вы видели НЛО

Являются ли НЛО на самом деле 'Демонами'

Окно в природу. Как превратить широкий подоконник на даче в главное место силы

Прокат автомобиля на Камчатке. Когда дорога становится частью маршрута

Инженерные изыскания. Фундамент безопасности и надежности строительных проектов

Бесстрашный ученый из Гарварда

Двигатель Стирлинга запустили на тепле процессора AMD

Звезда, похожая на Солнце, поглотила свою планету

ИИ убедили, что 2 + 2 = не 4

Инопланетные зонды прячутся у нас на заднем дворе

Как классифицировать падающие камни

Китай развернул андроидов на границе с Вьетнамом

Марсианским колонистам понадобятся новые часы

Многомерные существа и пузыри пространства-времени

Монтана вошла в топ-5 по наблюдениям НЛО

Новое исследование оценивает ресурсы Титана

Парадокс Ферми связали с экспансией ИИ-цивилизаций

Питтсбург превышает средний показатель НЛО по стране

Поиск скрытых частиц и связей с темной материей

Полярное сияние над ночной Землей

Странное вращение Венеры

Череда загадочных наблюдений НЛО

Что привело к возникновению самой ранней жизни на Земле

Что скрывается за гулом гравитационных волн

Что скрыто за публикацией секретных файлов

Заказать трансфер в Самаре. Путеводитель по комфортным поездкам от компании «Юпитер»

Ави Лёб возглавит интересный по НЛО

Газета освещает тему уфомании в Розуэлле

Журналист отвечает на комментарии Элизондо о НЛО

Загадочные наблюдения НЛО, о которых когда-либо сообщалось

ИИ спрогнозировал первый контакт человечества

Инопланетные технологии уже на Земле

Кто празднует Всемирный день НЛО

Кто такой Ави Леб

Места в США, где вы, скорее всего, увидите НЛО

Найдена древняя табличка с проклятием

НАСА использует летающие тарелки

НЛО заметили в нескольких мексиканских городах

Пилотов преследовали таинственные огненные шары

Сокрытие информации правительством

Таинственный инцидент в Нью-Йорке

Трамп назначил израильского ученого расследовать НЛО

Уфолог направил письмо президенту Трампу

Уфоцентр Шэг-Харбор привлекает посетителей

Что мы узнали о НЛО и что до сих пор скрыто

Яркие теории об инопланетной жизни

Белый дом создает новый совет по НЛО

Гробницы хранят тайну происхождения пирамид

Загадочная структура на марсианском снимке

Загадочные круги на морском дне

Загадочные смерти ученых и файлы Пентагона

Зелёные человечки, военные тайны и жажда чуда

Ивановцы тоже видели НЛО

Кембридж - столица инопланетян в Великобритании

Лето, давайте поговорим об НЛО

Мы увидели НЛО, когда покупали еду на вынос

Около 200 НЛО заметили за день у ядерной базы в США

Почему странные огни в небе снова изучают всерьез

Профессор будет руководителем совета по НЛО

Профессор отвергает критику из-за НЛО

Раскрыта тайна инопланетной столицы Великобритании

Самые жуткие аномальные зоны Казахстана

Связи пропавшего учёного с секретными экспериментами

Секретные эксперименты ЦРУ по контролю над разумом

Совет Белого дома по НЛО возглавит профессор Гарварда

Шербрук лидирует в Канаде по наблюдениям НЛО

Комплексное управление коммерческой недвижимостью. Преимущества профессионального подхода

Жителям Волгограда запретили общаться с инопланетянами

Земля может пережить смерть Солнца

Искаженная цитата навсегда изменила историю НЛО

Космические пираты и глупые инопланетяне

Может ли ИИ удалять видеозаписи НЛО из интернета

Новый совет Белого дома по изучению НЛО

О самом громком случае в истории советской уфологии

Омич снял на видеорегистратор падение метеорита

Пентагон раскрыл секретное происшествие

Профессор Гарварда будет изучать НЛО

Пугающая теория темного леса нашла подтверждение

Розуэлльский инцидент - как День уфолога

Секретная научно консультативная группа по НЛО

Сложный кроссворд про инопланетян

Теория 'Великого фильтра' порождает опасения

Третья мировая война и секретные изобретения ЦРУ

Треугольный НЛО сняли над мексиканским городом

Уфологи расшифровали систему общения инопланетян

Хьюстон, наблюдаем неопознанную цель

Экзопланета, которая в семь раз больше своей звезды

Американский пилот описал настоящих инопланетян

Астроном из Гарварда будет искать НЛО

Великий обман уже здесь

Встречи с НЛО могут быть связаны с демонами

Глазго назван столицей похищений инопланетянами

Землетрясение в Венесуэле породило теорию об НЛО

Инопланетяне - падшие ангелы, вторгшиеся на Землю

Истинная правда раскрыта в фильме 'Файлы Ангара 18'

Кот Шрёдингера обзавёлся целым выводком

Луиса Элизондо планировали ликвидировать

Надо обеспечить информаторам юридическую защиту

Назначен руководитель совета Белого дома по НЛО

Пентагон признал провал в контроле над НЛО

Пересадка кала омолодит ваш мозг

Пистолет нашли на Марсе

Программа ЦРУ по контролю над разумом не закрыта

Скандальный астроном будет изучать НЛО

Тайна Ковчега Завета раскрыта

Что нужно знать о встрече с НЛО в Вашингтоне

Наверх
Яндекс.Метрика