تحت شرایط خاصی – مانند دمای شکننده استخوان کمتر از دمای اعماق فضا – ابررساناها می توانند الکتریسیته را بدون مقاومت و متعاقب آن اتلاف انرژی هدایت کنند.
اگرچه آنها از نظر ترکیب شیمیایی، محدوده دمای عملیاتی و خواص مغناطیسی متفاوت هستند، ابررساناها در دو گروه قرار می گیرند.
اولاً، ابررساناهای معمولی و غیر متعارف در نحوه درهم تنیدگی الکترون‌هایشان در دو پشت سر هم به نام جفت کوپر، یک حالت اشتراکی که به آنها اجازه می‌دهد تا به زیبایی از میان ترکیب اتمی موادشان بلغزند تا جریان الکتریکی پیوسته را تسهیل کنند، متفاوت هستند.
دوم، ابررساناهای نوع I و نوع II واکنش متفاوتی به میدان های مغناطیسی نشان می دهند، با انواع مختلف آستانه که در آن به طور ناگهانی به عنوان ابررسانا عمل نمی کنند و مانند هادی های معمولی شروع به عمل می کنند.
ارقام غیر متعارف و نوع II عموماً عجیب‌تر در نظر گرفته می‌شوند. لامبورگینی در زمینه خود، مرزهای فیزیکی را جابجا می کند زیرا به مهندسی سفارشی نیاز دارد.
آنها همچنین ممکن است به عنوان اسب های کار مورد استفاده در فناوری هایی مانند MRI مناسب تر باشند، درست مانند تراکتورهای لامبورگینی.
اما شاید دیگر نه. زیرا برای اولین بار، فیزیکدانان یک ماده ابررسانای نوع I ایجاد کرده اند که به ظاهر می تواند تقارن ریاضی زمان را بشکند – که نشانه ای از ابررساناهای غیر متعارف نوع II است.
این که به عنوان تقارن معکوس زمان شناخته می شود، شامل مشاهده کنجکاو می شود که اکثر قوانین فیزیک به یک اندازه خوب عمل می کنند، چه زمان از نظر ریاضی به جلو یا به عقب حرکت کند.
در مطالعه ای که اخیراً در نامه معاینه فیزیکییک تیم بین المللی از فیزیکدانان به رهبری موسسه آموزش علوم و تحقیقات هند (IISER) بوپال، خواص الکتریکی و کوانتومی منحصر به فرد این ماده را تجزیه و تحلیل و تشریح کرد و پیشنهاد کرد که ممکن است در نهایت طراحی محاسبات کوانتومی را بهبود بخشد.
محققان تک بلورهای ماده ای به نام دیانتی مونید ایتربیوم (YbSb2) را سنتز کردند و از اشعه ایکس برای تعیین خلوص شیمیایی و ساختار بلوری پیچیده آن استفاده کردند – ساختاری که در ابررساناهای معمولی و غیر متعارف مشترک است زیرا اجازه می دهد رفتارهای کوانتومی رخ دهد.
آنها دریافتند که مقاومت الکتریکی آن به صفر کاهش یافت و ناگهان در دمایی در حدود -272 درجه سانتیگراد (457.6- درجه فارنهایت) ابررسانا شد که فقط کمی بالاتر از صفر مطلق (273.15- درجه سانتیگراد) است.
محققان در ترکیب با اندازه‌گیری‌های حرارتی خاصی از واکنش الکترون‌های آن به گرما، تأیید کردند که ماده آنها خواص ابررسانایی نوع I را نشان می‌دهد.
این معیار همچنین به تأیید حالت «شکاف کامل» آن کمک کرد، به این معنی که یک سد انرژی وجود دارد که گره‌گشایی الکترون‌های جفت شده‌اش را دشوار می‌کند و بنابراین آن را از حالت ابررسانا خارج می‌کند.
محققان همچنین از دو نوع طیف‌سنجی اسپین میون استفاده کردند، یک تکنیک کاوشگر کوانتومی که میدان‌های مغناطیسی درون یک ماده را با فلفل کردن آن با میون‌ها یا ذرات زیراتمی اساسی که مانند آهن‌رباهای میله‌ای کوچک عمل می‌کنند، آشکار می‌کند.
هنگامی که آنها این کار را بدون اعمال میدان مغناطیسی خارجی انجام دادند، متوجه شدند که هنگامی که ماده وارد فاز ابررسانا شد، میدان های مغناطیسی داخلی کوچکی به طور خود به خود در آن ظاهر شد.
این شواهد کلیدی را ارائه کرد که YbSb2 می‌تواند تقارن برگشت زمان را بشکند، زیرا میدان‌های مغناطیسی جهت خود را در زمانی که زمان از نظر ریاضی معکوس می‌شود، معکوس می‌کنند – اگر این کار را نمی‌کردند، به جای شکستن، این ویژگی عجیب زمان را حفظ می‌کردند.
در نسخه دیگری از این روش کاوش کوانتومی، محققان میدان‌های مغناطیسی خارجی را در حالی که مواد را با میون تابش می‌کنند، اعمال می‌کنند.
علاوه بر این، هنگامی که در حالت ابررسانای حجیم هستند، الکترون‌های YbSb2 به روش سنتی جفت نمی‌شوند.
در عوض، آنها در یک “سه گانه اسپین” نامتعارف گرد هم می آیند، که یک جفت کوپر است، اما به دلیل ترکیبات احتمالی اسپین های الکترون، سه گانه نامیده می شود.
مهمتر از همه، این یک حالت تحریف شده تر نامیده می شود “حالت سه گانه غیر متقارن ذاتی (INT)” بنابراین یک گشتاور مغناطیسی خالص را نشان می دهد – نیروهای مغناطیسی آن خنثی نمی شوند.
این جفت شدن به YbSb2 اجازه می دهد تا تقارن برگشت زمان را به خودی خود بشکند، بدون نیاز به میدان مغناطیسی خارجی برای این کار.
برای درک چگونگی تشکیل سه‌قلوها، محققان مواد خود را بر اساس ویژگی‌های فیزیکی بنیادی مدل‌سازی کردند و نشان دادند که هر یک از الکترون‌های جفت شده از اوربیتال‌های انرژی متفاوتی می‌آیند.
در نتیجه، ویژگی های ترکیبی آن می تواند YbSb2 را قادر به میزبانی “حالت های سطحی Majorana بدون شکاف” کند، که پرفروش ترین نیست. زلدا بازی
این بدان معناست که در دماهای پایین، در حالی که حجم آن به عنوان یک ابررسانا عمل می کند که الکترون ها بدون مانع از آن عبور می کنند، سطح آن می تواند حالت های مایورانا یا تحریکات کوانتومی را نشان دهد که به عنوان پادذرات خود عمل می کنند. (احتمالاً قابل مقایسه با یک درخت انگور قرمز خوشمزه است که هوا را از قسمت عمده خود عبور می دهد و شکر را از انتهای آن عبور می دهد)
این ممکن است بیش از یک پیشرفت نظری باشد.
چنین «مواد کوانتومی توپولوژیکی» ممکن است بهتر بتوانند اطلاعات کوانتومی را با آسیب‌پذیری کمتر آن در برابر شرایط خارجی مانند گرما یا نویز الکترومغناطیسی – منابع تداخلی که سیستم‌های کوانتومی را از حالت درهم‌تنیده (و در نتیجه مفید) خارج می‌کنند و به قدرت محاسباتی رایانه‌های معمولی تحویل می‌دهند، محافظت کنند.
این مطالعه در منتشر شد نامه معاینه فیزیکی.
این مقاله توسط فیونا مک دونالد تصحیح و توسط فیونا مک دونالد ویرایش شده است. در حالی که ما به روند خود افتخار می کنیم، اما فقط انسان هستیم. اگر خطایی را مشاهده کردید، لطفاً به ما اطلاع دهید.
