您的位置:主页 > 新闻资讯 > 常见问题 >

常见问题

科学家绘制了超导体中电子的“道路交通规则”

赖斯大学的物理学家们利用一种巧妙的技术,使不受控制的硒化铁晶体排列成一条直线,绘制了一张详细的地图,揭示了电子在正常条件下和转变为超导体之前的关键时刻的“路规”。

本周在美国物理学会杂志《物理评论X》(PRX)上进行的一项研究中,物理学家伊明(音译)和他的同事们提出了一种铁硒化物的能带结构图,这是一种长期以来困扰物理学家的材料,因为其结构简单而行为复杂。这张地图详细描述了材料的电子状态,是对硒化铁单晶冷却到超导点时测量数据的直观总结。

在加州大学伯克利分校(University of California,Berkeley)攻读博士后期间,伊明开始了这项研究的角度分辨光发射光谱实验。这项技术上具有挑战性的实验使用斯坦福同步辐射光源(SSRL)的强大同步辐射光来诱使晶体发射电子。

她说:“从某种意义上说,这些测量就像是拍摄从物质中飞出的电子的照片。每一张照片都告诉我们,在被光子踢出物质之前,这些电子还活着。通过分析所有照片,我们可以拼凑出解释他们所有故事的基础物理。”

电子探测器跟踪电子从晶体发射时的速度和方向。这些信息包含了量子力学定律的重要线索,这些定律在微观尺度上决定了超导电性的关键方面。这些规则被编码在一种物质的电子结构中。

它们就像一种材料的电子指纹。”她说,“每种材料都有自己独特的指纹,指纹描述了电子在量子力学基础上所能占据的能量状态。例如,电子结构帮助我们决定某物是良导体、良绝缘体还是超导体。”

电阻是导致电线、智能手机和计算机在使用过程中发热的原因,每年在电网断电和数据中心冷却费用上要花费数十亿美元。超导性,即零电阻电流,可以消除这种浪费,但物理学家一直在努力理解和解释像硒化铁这样的非传统超导体的行为。

2008年发现第一个铁基超导体时,伊明还在读研究生,她一直在研究这些超导体。在这些元素中,一个原子厚的铁层被夹在其他元素之间。在室温下,铁层中的原子排列成棋盘格。但是当材料在超导点附近冷却时,铁原子会移动,正方形变成矩形。这种变化导致了方向相关行为,人们认为它在超导电性中起着重要但尚未确定的作用。

“硒化铁是特殊的,因为在所有其他铁基材料中,向列性与磁序一起出现。”她说,“如果你有两个顺序一起形成,很难判断哪个更重要,以及每个顺序如何影响超导电性。在硒化铁中,只有向列性,所以它给了我们一个独特的机会来研究向列性如何单独对超导电性作出贡献。”

其结果是,电子的交通模式和引起这些图案的量子规则在矩形的长轴方向上,从左到右的电子上沿上下流动时,可能是完全不同的。但是要清楚地观察硒化铁中的交通模式是一个挑战,因为孪晶是晶体的一种特性,它导致矩形随机改变90度的方向。孪生意味着长轴矩形将左右跑一半,上下一半。

数据显示,硒化铁向列相位移的大小与在更复杂的铁基超导体中测量的位移相当,这些超导体也具有磁有序性。她说,这表明在硒化铁中观察到的向列性可能是所有铁基超导体的普遍特征,无论是否存在长程磁性。她希望她的数据能让理论家们探索这种可能性和其他可能性。

她说:“这组测量结果将为旨在描述铁基超导体向列相超导状态的理论模型提供精确的指导。这一点很重要,因为向列性在所有这些材料中都起到了产生超导电性的作用。”

新闻资讯

联系我们

QQ:1546564896

手机:021-36160331

电话:021-6686-3417

邮箱:1546564896@qq.com

地址:上海市宝山区城银路41号

用手机扫描二维码关闭