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
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Последние аномальные новости

Большинство людей хотят заниматься сексом с роботами

Будущие эпидемии могут возникнуть из-за ИИ

В Башкирии жители заметили НЛО в небе

В новом отчете Пентагона по НЛО есть серьезные недостатки

Вычисление точных размеров экзопланет

Зонд для поисков жизни на спутниках Юпитера

Кислород и углерод улетучиваются из магнитосферы Венеры

Мы не готовы к вторжению инопланетян

НЛО замечен небе над Екатеринбургом

Новая идея для космических солнечных батарей

Обнаружены звездные ветры от трех солнцеподобных звезд

Поиски неуловимого Лох-Несского чудовища

Призрак опрокидывает напитки в одном из пабов Британии

Странный сигарообразный НЛО над шоссе в Миссури

Существо-муравей замечено на Марсе

Тёмная материя повышенной плотности существует

Ужасающая реальность ядерной радиации

Уэльс - горячая точка внеземной активности

Человек-сатана сменил имя на Дьявол

Ярчайший гамма-всплеск произошел из-за коллапса звезды

Беспроводная передача энергии поможет изучить Луну

Бывшая жена призрака стала ведьмой

В поисках асимметрии между материей и антивеществом

Какая часть атмосферы Венеры образуется за счет вулканов

Наблюдения НЛО в Канаде продолжаются

НАСА попросили помочь в поисках Лох-Несского чудовища

Необъяснимая аномалия вблизи Антарктиды движется на север

Новый сейсмодатчик для обнаружения лунотрясений

Порнозвезда рассказала о своем столкновении с призраками

Раскрывая секреты НЛО. Взгляд доктора Стивена Грира

Солнечные паруса нового поколения готовы к запуску

Столкновение звезд раскрывает звездную тайну

Терминаторы могут появиться уже в следующем году

Триггеры нового поколения для детекторов ЦЕРН

Удивительные горячие точки НЛО в Техасе

Ученые БАК изучают звездные пути инопланетян

Физика и математика стоящие за 'Задачей трех тел'

Человек появился спустя 30 лет без памяти

Черная дыра замечена вблизи Кейптауна

Черный НЛО замечен над океаном около Тампы

Для изучения астероидов потребуются разумные зонды

Доказательство путешествий во времени

Дьявол будет парить в вышине, вызывая изумление

Если на Европе и есть гейзеры, то они очень слабые

Затмения лежат в основе усилий по изучению экзопланет

ИИ может воспроизвести голос любого человека

Как искусственные сотрудники повлияют на живых

Конспирологи опасаются демонических порталов

Люди плохо разбираются в теориях заговора

Новая свидетельница похищения инопланетянами в Паскагуле

Обнаружена новая молодая и теплая экзопланета

Питательные вещества для жизни на экзопланетах

Платформа из графита левитирует без электричества

Пугающая деталь в паспорте Нео

Роль Млечного Пути в древнеегипетской мифологии

Создатель аугментов вернулся к работе

Техас заменяет тысячи экзаменаторов-людей на ИИ

Технологии НАСА помогают защититься от лунной пыли

Фирма Synchron начинает испытания мозговых чипов на людях

Что будет с Землей, когда погаснет Солнце

Бигфут скрывается в горах с таинственной энергией

Биокомпоненты оказались стабильны в атмосфере Венеры

В Сочи корабли полетели над морем

Звезда бросает вызов происхождению быстрых радиовсплесков

НЛО в Розуэлле по-прежнему окутывает Вашингтон

Паранормальная природа встреч с НЛО и связь между ними

Почему так трудно бурить на поверхности планет

Разоблачители и поиск внеземной жизни

Самое необычное место для отдыха в Колорадо

Смотрите фильмы о непознанном на Netflix

Создали метажидкость с программируемыми свойствами

Тайна мумии русалки раскрыта

Тайна однобокой геологии Луны

Теории заговора вокруг Георга III и королевы Шарлотты

Ужасные рога мужчины-дьявола и женщины-носорога

Ученые БАК пытаются открыть пути инопланетян

Четыре ключевых вопроса об инопланетных технологиях

Что мы могли бы построить из лунного реголита

Южнокорейский зонд приняли за НЛО

Я был похищен долговязыми инопланетянами

Автостоянки у супермаркетов не интересуют НЛО

В Массачусетсе происходят массовые наблюдения НЛО

В Уэльсе было зарегистрировано 323 случая наблюдения НЛО

Если на Европе существует жизнь её обнаружат

Инопланетные шарики, выловленные из Тихого океана

Конспирологи считают ЦЕРН угрозой миру

Министерство обороны опубликовало досье об НЛО

НАСА сняло НЛО, летящий над Луной

НЛО был замечен над Арлингтоном

НЛО замечен над Техасом во время солнечного затмения

НЛО прилетают в Уэльс не за мясом

НЛО прилетают к нам через дополнительные измерения

Перуанские мумии инопланетян требуют новых исследований

Правда об НЛО вызовет беспорядки

Пульсирующий синий НЛО снят над Финиксом

Режиссер делится своим Ангельским опытом

Существуют ли НЛО на самом деле

Ускоренное расширение Вселенной замедляется

Файлы необъяснимого стал самым популярным шоу Netflix

Что такое Гаванский синдром

Знакомство с миром гелиевых воздушных шаров

iPhone 15 Pro Max 512 GB Blue. Преимущества и технические характеристики

Данных для обучения ИИ перестало хватать

Жуткие предсказания Ванги на 2024 год

ИИ можно заставить говорить на запрещённые темы

Илон Маск рассказал о планах по колонизации Марса

Кракен, живущий в районе Багамских островов

Кристалл, охлаждающий вещества до сверхнизких температур

Матрица - фильм о возможностях человеческого мозга

Могли ли люди и динозавры жить вместе

Написанные ИИ книги появились в Google Books

Невидимый душитель на ферме

НЛО заметили на границе между Ираном и Ираком

Облака необычной формы заинтересовали воронежцев

Околосмертный опыт Микки Робинсона

Пилотируемый полет на Марс состоится нескоро

Полтергейст на ферме в Коннектикуте

Росатом разработал двигатель для межпланетных путешествий

Странная смерть и жуткие увечья старушки

Странные случаи загадочных и невероятных убийств

Теория, согласно которой все люди - персонажи фильмов

Фото странного существа в реке Гудзон

Более ста видов молекул обнаружены в близлежащей галактике

Большинство наблюдений НЛО было на западе США

В одной части США наблюдается больше НЛО, чем в другой

Галльская деревня железного века внутри кратера

Дайверы исследуют британские озера в поисках Экскалибура

Доказательства существования душ

Лучшие места для наблюдений НЛО в Великобритании

Нейтронные звезды являются ключом к темной материи

Обнаружили радугу на адской планете

Отчет Пентагона о НЛО не дает ответы на важные вопросы

Пентагон не допустит появления терминаторов

Портал в Ад скрыт на картах Google

Разработали экран-невидимку, которую можно купить

Районы Эссекса, где были замечены НЛО

Рождаются ли коричневые карлики аналогично звездам

Сериал о встречах с инопланетянами и призраками

Теории заговора о пришельце, который жил в Зоне 51

Уфолог выступил в пабе в Стоурбридже

Уфологи собрались, чтобы отметить годовщину НЛО

Химические реакции искажают квантовую информацию

Анализ обломков НЛО в британском Розуэлле

Борьба с незаконным оборотом артефактов усиливается

Бумерангоподобный НЛО сняли с МКС

В небе над США были замечены огненные шары

Детектор темной энергии составляет карту Вселенной

Лучшие штаты США для наблюдений НЛО

Люди на грани открытия того, что призраки реальны

На карликовых планетах за Плутоном могут быть океаны

Наблюдение НЛО над Поццуоли

НЛО в околоземном космическом пространстве

НЛО и употребление наркотиков упоминаются в Библии

Обнаружен объект из необъяснимого провала масс

Похищение инопланетянами в Паскагуле на Netflix

Разгадка тайн Арктики. Таяние льдов влияет на климат

Свидетельства древней жизни на Земле

Темный лес, скрывающий враждебных инопланетян

Уфолог увидел НЛО в космосе

Уфологи собрались на конференцию в Хемпфилде

Уэльс назван горячей точкой НЛО в Великобритании

Эпоха антропоцена, которой нет

Впервые подтвердили приливный захват у экзопланеты

Где в Техасе чаще видят НЛО

Жители западной части США чаще видят НЛО

Картографирование лавовых трубок на Луне и Марсе

Когда могла образоваться Луна

Политики и военные США считают НЛО - демонами

Политику сказали прекратить задавать вопросы об НЛО

Простые числа можно предсказать

Робот для исследования опасной местности на Луне

Розуэлл в Европе. Продолжение истории

Самое четкое фото НЛО было скрыто от общественности

Самые посещаемые призраками рестораны

Синий НЛО был снят над точкой притяжения инопланетян

Судьбы звезд вблизи черной дыры Млечного Пути

Теория эксперта позволила разгадать фото НЛО

Топливозаправщик для космических сил США

Требуется создать службу охотников за привидениями

Тревожные комментарии конгрессмена об НЛО

Ученые представляют себе научно-фантастические миры

Я был похищен безглазыми инопланетянами с клешнями

Гравитационное искривление солнечного света

Замечен пульсирующий синий сигарообразный НЛО

Зачем марсоход прилетел на красную планету

Крупнейшая цифровая камера для астрономии

Подписка на новости
Наверх