Уран дителлуридіндегі асқынөткізгіштік жоғалса да, Купер жұптары сақталуы мүмкін

Кей материалда асқынөткізгіштік тоқтаған соң да оны туғызатын электрон жұптарының ізі қалуы мүмкін. Иллинойс университетінің Урбана-Шампейн кампусы зерттеушілері уран дителлуридін зерттеп, Купер жұптары материал асқынөткізгіш күйінен шыққаннан кейін де біркелкі емес үлгі түзе алатынын байқаған. Бұл жаңалық асқынөткізгіштікке қатысты түсінікті кеңейтеді, бірақ әзірге бір материалға жасалған тәжірибенің нәтижесі.

Уран дителлуридіндегі асқынөткізгіштікке қатысты жаңа белгі

Асқынөткізгіштік — материал электр тогын кедергісіз өткізетін күй. Ол үшін материалды белгілі бір шекті температурадан төмен салқындату қажет. Кәдімгі жағдайда электрондар ток жүргенде кедергіге ұшырайды, ал асқынөткізгіш күйде олардың мінез-құлқы өзгереді.

Электрондардың кейбірі жұптасып, Купер жұптарын түзеді. Ғалымдар бұл атауды асқынөткізгіштікке қатысатын жұп электрондарға қолданады. Әдетте жұптар материал ішінде біркелкі таралады. Ал жұп тығыздығы толқыны (PDW) деп аталатын құбылыста олардың мөлшері кеңістіктің әр бөлігінде әркелкі болып, қайталанатын үлгі құрады. Мұны егістіктегі қатарларға ұқсатуға болады: өсімдік барлық жерде бірдей жиілікте өспейді.

Зерттеуді Иллинойс университетінің Урбана-Шампейн кампусындағы Грейнджер инженерлік колледжінің физиктері жүргізген. Нәтиже АҚШ Ұлттық ғылым академиясының еңбектері (Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS) журналында жарияланған. Авторлар уран дителлуридінің «кәдімгі» фазасында асқынөткізгіштік жойылғаннан кейін де PDW сақталатынына тікелей дәлел тапқанын мәлімдейді.

Купер жұптарының толқын тәрізді үлгісі нені білдіреді

Ғалымдар жұп тығыздығы толқындарын шамамен 20 жыл бұрын болжаған. 2007 жылы Эдуардо Фрадкин мен әріптестері Купер жұптары да кеңістікте қайталанатын үлгі түзе алады деген болжам ұсынды. Мұндай құрылымдар бұған дейін басқа металдарда асқынөткізгіштікпен қатар байқалған. Ал жаңа жұмыста негізгі асқынөткізгіш күй жоғалғаннан кейін де олардың сақталуы мүмкін екеніне назар аударылған.

Зерттеушілер уран дителлуридіндегі белгілердің температурасын және магнит өрісін өзгерткенде қалай құбылатынын өлшеген. Асқынөткізгіштік жоғалатын шектен жоғары температурада да кейбір белгілер сақталған. Команда бұл құбылысты PDW-мен байланыстырады: олардың түсіндіруінше, Купер жұптарының толқынды үлгісі материалдың негізгі асқынөткізгіш күйінен бөлек өмір сүре алады.

Оны мысықтың өзі көрінбей қалса да, күлкісінің белгісі қалғандай елестетуге болады. Фрадкин жұп тығыздығы толқындарын асқынөткізгіштік фазасы жоғалғаннан кейін қалатын ізге теңеген. Бұл — құбылысты түсіндіруге арналған ұқсату; тәжірибеде өлшенгені күлкі емес, температура мен магнит өрісіне жауап беретін спектрлік белгілер.

Таза кристалдар көмескі белгіні ажыратты

PDW өте нәзік құбылыс болғандықтан, зерттеушілерге сапалы әрі қоспасы аз кристалдар қажет болды. Бұған дейінгі үлгілердегі қоспалар өлшеу деректерін көмескі еткен. Ынтымақтас зерттеушілер уран дителлуридінің сапасы жоғары үлгілерін балқыған флюс арқылы өсірудің жаңа әдісімен дайындаған.

Содан кейін команда кристалдың бетін сканерлейтін туннельдік микроскоппен (STM) зерттеді. Құрал магнит өрісінің бағытын өзгертіп, беттің оған қалай жауап беретінін бақылауға мүмкіндік берген. Уран дителлуридінің қасиеттері әр бағытта бірдей емес болғандықтан, өрістің бағыты мен күшін, сондай-ақ температураны өзгертіп өлшеу маңызды болды. Осы тәсілдер спектрлік белгілердің PDW болжамына сай өзгеретінін көрсетуге көмектескен.

Нәтиже нені дәлелдейді, ал нені әлі анықтамайды

Уран дителлуриді 2019 жылға дейін әдеттегі металл саналып келген. Кейін зерттеушілер оның 2 келвиннен төмен температурада асқынөткізгіш күйге өтетінін анықтады. Физиктер бұл материалда триплеттік жұптасу болуы мүмкін деп есептейді. Мұндай жұптарда магниттік момент болады, бірақ уран дителлуридінің табиғаты туралы сұрақ толық шешілген жоқ.

Зерттеу адамдарға немесе жануарларға емес, материалдың кристалдарына жасалған. Сондықтан оның нәтижесі денсаулыққа, күнделікті электр құрылғыларына не басқа материалдарға тікелей қорытынды жасауға негіз болмайды. Авторлар PDW-ге тән белгілерді өлшеп, оларды осы үлгімен түсіндіретінін көрсеткен; бұл тұжырымды басқа жүйелерге автоматты түрде көшіруге болмайды.

Қазір жұмыстың мәні — асқынөткізгіштік жоғалғаннан кейін Купер жұптары бірден жоғалмауы мүмкін деген болжамды тәжірибеде тексеру. Жоғары сапалы кристалдар мен өрісті әр бағытта өзгерте алатын құралдар зерттеушілерге бұрын көмескі болған құбылысты байқауға мүмкіндік берген.

Тақырып бойынша оқыңыз

• Антарктидадағы IceCube обсерваториясы: Фрэнсис Халзен физикадан Нобель алды
• Теректі қай мезгілде еккен дұрыс? Егу уақыты мен тәсілі
• Экспонат ішінен табылған крест: реставрация барысындағы күтпеген табылым