เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง ความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่ผิดปกติปรากฏในโลหะคาโงเมะ

เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง นักวิจัยจาก Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciencesได้พบหลักฐานเกี่ยวกับสถานะตัวนำยิ่งยวดที่ผิดปกติใน CsV 3 Sb 5ซึ่งเป็นโลหะคาโงเมะที่เรียกว่ามีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่แปลกใหม่ การค้นพบนี้สามารถทำให้เกิดความกระจ่างใหม่ว่าตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นในวัสดุที่ปรากฏการณ์สนามแม่เหล็กผิดหวัง

คำสั่งที่พันกันมีบทบาทสำคัญ

โลหะคาโงเมะได้รับการตั้งชื่อตามเทคนิคการทอตะกร้าแบบญี่ปุ่นดั้งเดิมซึ่งสร้างตาข่ายของรูปสามเหลี่ยมสมมาตรแบบอินเทอร์เลซ นักฟิสิกส์สนใจโครงร่างนี้ (เรียกว่ารูปแบบคาโงเมะ) เพราะเมื่ออะตอมของโลหะหรือตัวนำอื่นๆ ถูกจัดเรียงในลักษณะนี้ อิเล็กตรอนของพวกมันจะมีพฤติกรรมผิดปกติ

ตัวอย่างคือสนามแม่เหล็กที่หงุดหงิดซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอน “ไม่มีความสุขที่จะอยู่ด้วยกัน” Ludovic Jaubertนักฟิสิกส์เรื่องย่อที่มหาวิทยาลัยบอร์โดในฝรั่งเศสซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานปัจจุบัน ตั้งข้อสังเกต ในวัสดุที่หงุดหงิด ปฏิสัมพันธ์ระหว่างการหมุนของอิเล็กตรอนไม่สามารถทำให้พอใจได้ทั้งหมดในเวลาเดียวกัน ซึ่งทำให้สปินไม่สามารถสั่งตัวเองในมาตราส่วนความยาวที่ยาวได้ ความล้มเหลวนี้มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติของวัสดุ เช่น หากน้ำมีพฤติกรรมเช่นนี้ น้ำจะไม่มีวันแข็งตัว

คาโงเมะเมทัลตัวแรกและตระกูลใหม่ในปี 2018 นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด และห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ เบิร์กลีย์ ได้สร้างโลหะคาโงเมะขึ้นเป็นครั้งแรกในห้องปฏิบัติการ วัสดุในงานนั้นเป็นผลึกนำไฟฟ้าซึ่งประกอบด้วยชั้นของเหล็กและอะตอมของดีบุกที่จัดเรียงในรูปแบบตาข่ายคาโงเมะ แต่การค้นพบวัสดุคาโงเมะทั้งครอบครัวด้วยสูตรทางเคมี 𝐴V 3  Sb 5  (โดยที่ 𝐴 = K, Rb , Cs) มาร้อนแรงบนส้นเท้าของมัน

วัสดุ Kagome ที่ใหม่กว่าเหล่านี้มีพฤติกรรมเหมือนตัวนำยิ่งยวดทั่วไปที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2.5 K ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ อิเล็กตรอนของพวกมันจะสร้างคู่อิเล็กตรอน (หรือคูเปอร์) ที่มีความสัมพันธ์กันซึ่งมีกระแสโดยไม่มีความต้านทาน อย่างไรก็ตาม นักวิจัยสงสัยว่าอิเล็กตรอนในสารประกอบเหล่านี้อาจจับคู่ในลักษณะที่แปลกใหม่

การเปลี่ยนแปลงแบบสองขั้นตอน

เพื่อตรวจสอบเพิ่มเติม กลุ่มที่นำโดยXiaoli Dong, Jinguang Cheng, Jiangping Hu, Hong-Jun Gao และ Zhongxian Zhaoได้ทำการวัดค่าแม่เหล็กและไฟฟ้าบนผลึกเดี่ยวของ CsV 3 Sb 5. นักวิจัยเริ่มต้นด้วยการบันทึกรูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของวัสดุเพื่อยืนยันว่าจัดวางในรูปแบบตาข่ายคาโงเมะจริงๆ จากนั้นพวกเขาก็ตัดสินใจว่ามันกลายเป็นตัวนำยิ่งยวดที่ประมาณ 3 K โดยการวัดความเป็นแม่เหล็กและความต้านทานไฟฟ้าของมันในขณะที่มันเย็นลง อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดนี้สูงกว่าที่สังเกตในการศึกษาก่อนหน้านี้เล็กน้อย และ Dong และเพื่อนร่วมงานยังตั้งข้อสังเกตว่าการเปลี่ยนผ่านไปสู่ระยะตัวนำยิ่งยวดไม่คมชัดเท่าที่ควร แต่พวกเขาพบว่าสัญญาณบอกเล่า (diamagnetic) สำหรับการเริ่มต้นของตัวนำยิ่งยวดค่อยๆ ลดลงประมาณ 3.5 K ก่อนที่จะลดลงอย่างกะทันหันต่ำกว่าประมาณ 2.8 K

จากนั้นทีมงานได้วัดค่าความต้านทานสนามแม่เหล็กที่ขึ้นกับเชิงมุมของตัวอย่างภายในระนาบของโครงตาข่าย Kagome และระบุสมมาตรแบบหมุนได้สองเท่าในสถานะผสม ที่ต่ำกว่า 2.8 K พวกเขาพบว่าการวางแนวของสมมาตรสองเท่านี้แสดงการบิดตัวที่แปลกประหลาดด้วยมุม 60 oซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของเรขาคณิต Kagome

ในที่สุด นักวิจัยได้วัดค่าความต้านทานสนามแม่เหล็กของตัวอย่างในสองทิศทาง – ตั้งฉากกับระนาบและข้าม – ขณะที่พวกเขาใช้สนามแม่เหล็กที่มีจุดแข็งต่างกัน (มากถึง 8 เทสลา) กับมัน พวกเขาทำสิ่งนี้เพื่อให้ได้สนามวิกฤตบนของวัสดุ ซึ่งถูกกำหนดให้เป็นความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กที่จะยับยั้งการนำยิ่งยวดอย่างสมบูรณ์ที่ 0 K

เส้นทางสถานะของเหลวหมุนควอนตัมปรากฏขึ้นพวกเขาพบว่าสนามนี้ข้ามระนาบสูงกว่าแนวตั้งฉาก ดังนั้นอัตราส่วนของทั้งสองที่ 0 K นั้นใหญ่มาก นักวิจัยกล่าวว่าผลลัพธ์นี้อธิบายได้ดีที่สุดว่าวัสดุนั้นเป็นตัวนำยิ่งยวดมัลติแบนด์กึ่งสองมิติซึ่งเป็นประเภทของตัวนำยิ่งยวดที่อาจแสดงการเปลี่ยนเฟสหนึ่งหรือหลายเฟสด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจากหรือไปยังสถานะตัวนำยิ่งยวด chiral ทรานซิชันเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อมีแถบอิเล็กทรอนิกส์ตั้งแต่สองแถบขึ้นไป

ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสถานะตัวนำยิ่งยวด

“ผลของเรา ร่วมกับข้อสังเกตอื่นๆ ชี้ให้เห็นว่าสถานะตัวนำยิ่งยวดใน CsV 3 Sb 5เกิดขึ้นเพียงบางส่วนเนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนกับอิเล็กตรอน” Dong กล่าวกับPhysics World “ผลกระทบอื่น ๆ เช่น coupling ของ spin-orbit และเฟส chiral flux อาจมีอยู่ในระบบ Kagome แบบมัลติแบนด์นี้”

นักวิจัยซึ่งรายงานงานของพวกเขาในChinese Physics Lettersกำลังวางแผนที่จะตรวจสอบสภาวะปกติและสถานะตัวนำยิ่งยวดที่แปลกใหม่ในระบบมัลติแบนด์นี้โดยใช้เทคนิคกล้องจุลทรรศน์สเปกโทรสโกปี

ในปัจจุบัน มักสันนิษฐานว่าระบบอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนกับสภาพแวดล้อม โดยดูดซับความร้อนได้มากพอๆ กับที่ปล่อยออกมา ในทางกลับกัน ฟลักซ์ความร้อนที่ไม่สมดุลนั้นพบได้ทั่วไปในหลายระบบ รวมถึงเนื้อเยื่อที่มีชีวิตและวัสดุที่เสื่อมสภาพ ตาม FDT ระบบดังกล่าวควรมีความผันผวนของอุณหภูมิที่สูงกว่าระบบที่อยู่ในสมดุล ทว่าในการทดลองเมื่อเร็วๆ นี้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับเสาเข็มซิลิโคนที่สัมผัสกับการไล่ระดับที่อุณหภูมิสูง การสั่นสะเทือนทางกลที่เกิดจากความผันผวนของอุณหภูมินั้นต่ำกว่าที่ FDT คาดการณ์ไว้มาก

ในการศึกษาของพวกเขา ทีมของ Fontana ได้ทำการทดลองเสาเข็มให้สุดขั้วโดยการทำให้ปลายเท้าแขนเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่เย็นจัด ในขณะที่ให้ความร้อนอีกข้างหนึ่งจนต่ำกว่าจุดหลอมเหลว สิ่งนี้ทำให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิที่ 1700 K ซึ่งเป็นความแตกต่างสูงสุดที่เป็นไปได้ที่ระบบสามารถคงอยู่ในสุญญากาศ นักวิจัยค้นพบว่าในขณะที่แอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้นตามการไล่ระดับอุณหภูมิ แต่ก็ต่ำกว่าที่ FDT คาดการณ์ไว้มาก เมื่อพิจารณาจากอุณหภูมิเฉลี่ยของระบบ

ทำไมโลหะที่หุ้มฉนวนเย็นลงเร็วกว่าโลหะเปล่าFontana และเพื่อนร่วมงานประสบความสำเร็จในการอธิบายความคลาดเคลื่อนนี้ด้วยการแนะนำส่วนขยายอย่างง่ายไปยัง FDT ซึ่งมีประเด็นสำคัญสองประการของการกระจายทางกล ประการแรก “การสูญเสียจากการหนีบ” อธิบายถึงพลังงานกลที่สูญเสียที่ฐานของคานรับน้ำหนัก และประการที่สอง “การทำให้หมาด ๆ แบบกระจาย” คิดเป็นพลังงานที่สูญเสียไปเนื่องจากข้อบกพร่องในโครงสร้างอะตอมของซิลิกอนตามความยาวของเสาเข็ม

ทีมงานหวังว่าการสรุป FDT ในลักษณะนี้สำหรับการไหลของความร้อนสูง การปรับปรุงสามารถทำได้ในหลากหลายด้านในด้านการวิจัยและวิศวกรรม

การคาดการณ์ที่ดีขึ้นจะช่วยให้นักวิจัยสามารถอธิบายปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากับเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตได้ดีขึ้น และปรับปรุงความไวของอุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้าขนาดเล็ก ที่อื่นอาจปรับปรุงความละเอียดของอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ที่ใช้ในเครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงบนพื้นดิน ช่วยให้นักดาราศาสตร์เชื่อมโยงการเคลื่อนไหวของเครื่องตรวจจับขนาดอะตอมกับระลอกคลื่นในอวกาศได้ดีขึ้น เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง