Загадка странных металлов
Ученые давно установили, что сложные соединения меди — купраты — ведут себя не так, как прочие металлы. Теперь же американские физики увидели в них новое состояние вещества. Эти материалы открывают возможность создания высокотемпературных сверхпроводников, необходимых энергетике и приборостроению. РИА Новости разбиралось в особенностях "странных металлов". В 1911 году физики из Голландии обнаружили, что при температуре, близкой к абсолютному нулю — всего три кельвина, или минус 270 градусов Цельсия, — сопротивление ртути становится нулевым: электрический ток передается через металл без потерь. Так открыли сверхпроводимость.
Затем ее наблюдали в некоторых других металлах и сплавах. Температура перехода в это состояние, названная критической, несколько различалась, но всегда была экстремально низкой, достижимой лишь в лабораторных криогенных установках с помощью жидкого гелия. Ситуация изменилась в 1986-м, когда сотрудники научного подразделения корпорации IBM Карл Мюллер и Георг Беднорц открыли первый высокотемпературный сверхпроводник — купрат лантана и бария. Уже на следующий год им за это присудили Нобелевскую премию. Высокотемпературными считаются сверхпроводники при температуре не ниже 77 кельвинов. Это точка кипения жидкого азота, которым в промышленности охлаждают приборы и провода.
Сверхпроводниками оказались и другие купраты. Самый известный — BSCCO, или, как его называют физики, "биско" — "сэндвич" из слоев оксидов висмута, стронция, меди и чистого кальция. С этими материалами связаны уникальные разработки в электротехнике, энергетике, транспорте — системы передачи энергии на огромные расстояния без потерь, бесконтактные высокоскоростные поезда, сверхсильные магниты, используемые в термоядерных реакторах, двигатели для межпланетных космических кораблей. Хотя купраты уже активно применяют — например, десятки километров проводов из BSCCO в Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, — ученые до сих пор до конца не разобрались с физическим механизмом их высокотемпературной сверхпроводимости.
Классическая теория БКШ, названная в честь ее авторов — американских физиков Джона Бардина, Леона Купера и Джона Шриффера, хорошо объясняет сверхпроводимость при температуре выше 30 кельвинов, а некоторые купраты сохраняют это качество до 130 кельвинов. Но и при более высоких температурах, когда сверхпроводимость пропадает, купраты сильно отличаются от обычных металлов. Например, их электрическое сопротивление с понижением температуры падает линейно, а не пропорционально квадрату разницы температур. Это противоречит теории ферми-жидкости, разработанной советским физиком Львом Ландау в 1956 году.
Электроны в металлах при низких температурах ведут себя подобно частицам электронного газа, а взаимодействия между такими квазичастицами — фермионами — описывают уравнения квантовой механики. Теория ферми-жидкости подтверждается для всех металлов, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни, но не работает для купратов. Поэтому физики выделили их в отдельную группу "странных металлов".
В отличие от обычных металлов, в которых электроны перемещаются свободно при небольшом количестве взаимодействий и небольшом сопротивлении, в "странных" они передвигаются медленно и на ограниченное расстояние. При этом очень активно рассеивают энергию. "Странные металлы" находятся где-то между классическими металлами и изоляторами, у которых сильно взаимодействующие электроны занимают фиксированные позиции. В последние годы ученые обнаружили множество "странных металлов", но без сверхпроводимости. Ситуация с купратами стала еще более загадочной.
Физик-теоретик Ян Заанен из Лейденского университета в Нидерландах предположил, что в "странных металлах" нарушается принцип Паули, согласно которому два и более тождественных фермиона не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии. Заанен назвал это "физикой нечастиц", а состояние вещества в высокотемпературных сверхпроводниках — "запутанной сжимаемой квантовой материей". Ученый считает, что в "странных металлах" частицы, с одной стороны, проявляют черты коллективного поведения, а с другой — запутываются друг с другом.
Еще одна гипотеза описывает поведение электронов в "странных металлах" по аналогии с так называемыми изоляторами Мотта — кристаллическими веществами, которые в соответствии с обычной теорией электрической проводимости должны быть проводниками. Их электроны находятся в узлах кристаллической решетки, ровно по одному на узел, а когда появляются дополнительные, изоляторы Мотта сразу превращаются в сверхпроводники.
Сильное магнитное поле подавляет сверхпроводимость. Ученые из США, Германии и Колумбии во главе с Аркадием Шехтером (США) решили посмотреть, как поведут себя купраты при низких температурах в магнитных полях — станут ли они похожи на обычные металлы, потеряв сверхпроводящие свойства. Физики подняли напряженность поля до огромных значений в 60-70 тесла, но оказалось, что и в таких условиях сопротивление в зависимости от напряженности магнитного поля, как и от температуры, меняется линейно, а не в соответствии с квадратичным законом, как полагается "нормальным" металлам. То есть они вроде бы и проявляют свойства металлов, но как-то неохотно, вполсилы.
Многие исследователи, в том числе Заанен, считают, что поведение электронов в "странных металлах", еще называемых квантовыми критическими металлами, настолько сложно, что создать его модель под силу только квантовым компьютерам. "Это потенциально революционный этап в фундаментальной физике, — пишет ученый на своей странице сайта Лейденского университета. — Спустя тридцать лет все больше свидетельств того, что высокотемпературная сверхпроводимость указывает на радикально новую форму материи, которая определяется последствиями квантовой запутанности в макроскопическом мире".
Тем не менее американские физики из Корнельского университета и Института Флэтайрон в Нью-Йорке сообщили, что построили первую цифровую модель "странных металлов", которая подтвердила предположение нидерландского ученого о том, что это новое состояние материи, переходная форма между классическими проводящими металлами и изоляторами. Исследователи соединили два подхода. С помощью метода квантового встраивания, разработанного в 1990-х в Центре вычислительной квантовой физики Института Флэтайрон, выполнили подробные расчеты для нескольких атомов, а не для всей квантовой системы.
Затем, используя квантовый алгоритм Монте-Карло, который полагается на случайную выборку, создали модель поведения электронов при сверхнизких температурах, вплоть до абсолютного нуля. В классической модели металлов при низкой кинетической энергии положение электронов становится более фиксированным, и система из так называемого состояния спинового стекла, для которого характерны случайные спиновые взаимодействия, переходит в состояние изолятора. А когда кинетическая энергия высокая, электроны движутся свободно, слабо взаимодействуя, и система переходит в состояние ферми-жидкости.
Меняя соотношение между кинетической энергией и энергией взаимодействия электронов, ученые довели модельную систему до грани между обычным металлом и изолятором. В этот момент и появились "странные металлы". На диаграмме выявили область между двумя известными фазами, где электроны не полностью заблокированы, но и не полностью свободны. Теперь предстоит придумать официальное название новому состоянию вещества.
Источник
Последние аномальные новости

Воздушный шар перехвачен над Техасом

Гибриды людей и пришельцев бродят по нашей планете

Гражданская война с ИИ в Силиконовой долине

Загадочная 'Каменная лодка' Алес Стенар

Загадочный гамма-всплеск GRB 221009A

Известный блогер увлекся НЛО

ИИ GPT-5 станет неотличимым от человека

Код да Винчи. Обман принес $100 миллионов

Кольца Сатурна нагревают его атмосферу

Летающий железный город, сокрушенный Кришной

Необычный случай полтергейста в Чили

НЛО завис над хранилищем ядерного оружия на Гуаме

Обнаружен самый плоский взрыв из когда-либо виденных в космосе

Огромный зверь появляется из вод озера Лох-Несс

Развитие систем типа ChatGPT может усугубить мировой энергокризис

Разработан материал, поглощающий 95% ЭМ-излучения радаров

Секретные материалы получат перезагрузку

Эволюция атмосферы красной планеты

Экстраординарные доказательства требуют экстраординарного финансирования

Этичность и безопасность ИИ ушла на задний план

Гамма-всплеск ставит под сомнение модели рождения черных дыр

Дизайнер выпускает сумку, сделанную из метеорита

Загадочные черные кольца заметили в московском регионе

Запечатлели обратное движение молнии

ИИ ChatGPT неумеет собирать компьютеры

Исследования климата экзопланет

Как искать экзопланеты из тёмной материи

Материнские корабли со звезд

Место чиновников займет искусственный интеллект

Мысли печально известного контактера Джорджа Адамски

На Венере всего лишь 85 000 вулканов

Новый взгляд на космическую эволюцию аминокислот

Обнаружена экзопланета с плотностью больше, чем у свинца

Попытка поймать темную материю в подвале

Распечатайте батареи на 3D-принтере на Луне или Марсе

Сериал 'Последние из нас' воплотился в реальности

Список случаев с НЛО зарегистрированных в Пентагоне

Странное исчезновение и смерть Джеймса Фоссета

Школы астрологов и тарологов набирают популярность

Эксперты призывают приостановить исследования ИИ

Почему ПВХ окно продувает и как решить проблему

Каких ошибок при ремонте квартиры стоит избегать

Нужна ли вентиляция в деревянном доме

Какой стеклопакет выбрать. Однокамерный или двухкамерный

Большие кошки бродят по Британии

Высшие учебные заведения осознают влияние ChatGPT

Гигантская дыра открылась на Солнце

Детали бюджета Пентагона по НЛО засекречены

Жуткие города-призраки России

Жуткие истории жителей Казахстана

Из мяса мамонта сделали фрикадельку

ИИ может предсказать, как вы проголосуете на выборах

ИИ научили имитировать стримеров и делать рекламу

Инопланетяне могут знать лекарство от рака

Как ИИ меняет то, как мы пишем и творим

Ключ к тайне жизни после смерти

Краснота астероидов Нептуна проливает свет на историю Солнечной системы

Люди достигнут бессмертия через восемь лет

Маск ищет партнёра для тестирования мозговых имплантов на людях

Нейродетектор лжи будут использовать при отборе космонавтов

Обнаружили одну из самых больших черных дыр

Самые странные существа в криптозоологии

Связали загадочный быстрый радиовсплеск с гравитационными волнами

Тайна рейса N3808H

Подборка статей из газет и журналов

Атмосферы гигантских планет сильно различаются

До 80% рабочих мест в США могут быть захвачены ИИ

Жизнь процветает в экстремальных условиях

Загадка человеческой крови, текущей из пола

ИИ может свести людей с ума

Интерес россиян к предсказаниям вырос на 74%

Исследователи нашли новый водоем на Луне

Карта воды вблизи южного полюса Луны

Коронографы Уэбба обнаруживают экзопланеты в ИК-диапазоне

Метеоролог объяснил появление НЛО над Строгино

Могла ли наша ДНК измениться тысячи лет назад

Молекулы в форме шара встречаются во Вселенной

Паранормальная апатия

Пентагон отказался публиковать данные о сбитых НЛО

Поиск пропавшего гравитационного сигнала

РАН запустила программу по изучению НЛО

Симулятор смерти покажет, что происходит, когда вы умираете

У TRAPPIST-1 b нет существенной атмосферы

Что говорил Нил Мироточивый о последних годах человечества

Что ожидает Украину в будущем

Подборка статей из газет и журналов

Британский регион стал горячей точкой наблюдений НЛО

Ветераны ВВС информируют Пентагон о НЛО

Два метеорита позволяют изучить космическое пространство

Дом дьявола или база НЛО

Дочь уфолога считает его больным

Как простая прачка стала легендой

Конспирологи сходят с ума по поводу оповещения об Армагеддоне

Может ли наука объяснить наблюдения НЛО

НЛО заметили в небе Краснодара

Пара заметила НЛО над Эдинбургом

Признаки жизни нужно искать в космической пыли

Призрак вышел на охоту

Пять легендарных наблюдений НЛО в США

Стэнли Кубрик и иллюминаты

Судебное дело, доказывающее, что призраки реальны

Тайна шестидюймового скелета с конической головой

Ученые предлагают не инопланетное объяснение Оумуамуа

Чудовище озера Тота

Шестое чувство - самый реалистичный фильм о привидениях

Шотландский Розуэлл очаровывал в течение 30 лет

Получите новую подтвержденную учетную запись Telegram прямо сейчас в магазине аккаунтов Telegram – TG-Reload

Как создать успешный бизнес с нуля.Советы и рекомендации

Оксигенотерапия домашних животных. Показания, особенности

Подборка статей из газет и журналов

Бигфуты замечены в северной части штата Нью-Йорк

Известный подкастер запускает расследование НЛО

ИИ захватит власть и спровоцирует Армагеддон

Инопланетяне крадут человеческую сперму и яйцеклетки

Космическое происхождение строительных блоков жизни

Манчестер известен наибольшим количеством наблюдений НЛО

На биоразнообразие на Земле влияли вспышки сверхновых

На фото Кальвина показан сверхсекретный самолет США

Начинается строительство уфо-курорта в Розуэлле

Новые виды грибов поставят под угрозу выживание человечества

Объект, похожий на НЛО, сняли над Остином

Основание РНК в образцах астероидов - источник жизни на Земле

Почему Оумуамуа - не инопланетный крейсер

Президент США Джимми Картер видел НЛО в Джорджии

Реальность не существует, пока вы на нее не смотрите

Седона - горячая точка наблюдений НЛО

Таинственные дыры обнаружили на дне Атлантического океана

Тайна древних каменных колонн Сицилии

Ужасы туннеля Хусак

Японская гора, которая является магнитом для НЛО

Британский ученый хочет отправить ИИ-мозг в червоточину

Видео Марса с высоты птичьего полета

Дискообразный объект перевозили в районе Зоны 51

Загадочные светящиеся шары висели над Мурманской областью

Земля никогда не будет похожа на Корусант

Легендарное видео с бигфутом показали в улучшенном качестве

НЛО - международная научная проблема

Новое исследование цунами в облаках Венеры

Обнаружили горящий гелием белый карлик

Офис будущего. Голосекретари, роботы и дроны

Охота на фотографа, который сделал лучший снимок НЛО

Первые звезды были не одиноки

Первый в мире космический отель откроется в 2027 году

Повторяющиеся вспышки от молодого звездного объекта

Подледные океаны существуют на Миранде и Ариэле

Политики США обеспокоены проблемой НЛО

Силиконовая долина исследует гиперпространство

Улучшение удаленной работы планетарных наземных роботов

Что такое НЛО

Экспериментальный метод исследования сверхлегкой темной материи

Баги в ChatGPT продолжают всплывать

Близится парад планет

Встреча фей с солдатами в чеченском лесу

Жителя Мэриленда похитили пришельцы с щупальцами

Загадочные изображения двуликих существ найдены в Перу

Загадочные объекты, над которыми до сих пор ломают голову

Загадочный шары сняли над Арбеково

Зонд инопланетян упал в южную частью Тихого океана

ИИ ChatGPT создает проблемы в научных кругах

ИИ ChatGPT такой же революционный, как мобильные телефоны

Материнский корабль инопланетян скрывается в Солнечной системе

Медики научились выбирать пол будущего ребенка

Мультивселенная. Проблемы, стоящие перед теорией

Объяснение необычных сигнатур спутников Юпитера и Сатурна

Пентагон профинансировал эксперименты по сборке спутников на орбите

Под Нью-Йорком убили озерное чудовище

Подземная инопланетная база в глухой сибирской тайге

Польский ясновидящий напророчил стране войну

Разгадали тайну звездолета инопланетян Оумуамуа

Стоунхендж не был гигантским календарем

Прозрачная автомобильная оптика - залог безопасности на дороге

Возможные места для поиска Атлантиды

Геофизическая модель гибели Атлантиды

Законодатели изо всех сил пытаются разграничить ИИ

Зловещие связи между монстрами и древними замками

Измерили силу сцепления фрагментов метеорита

Каково будущее ChatGPT в сфере высшего образования

Клубящиеся песчаные облака заметили на экзопланете

Маленькие звезды могут иметь большие планеты

Математики открыли новую форму

Могут ли путешествия во времени объяснить появление странных существ

Огромный астероид приближается к Земле

Озеро в Танзании превращает животных в камень

Охота на Венеру 2.0

Поиск обитаемых планет у Альфа Центавра

Поиски жизни в космической пыли

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика