При определенных условиях, например, при температуре хрупкости костей ниже, чем в глубоком космосе, сверхпроводники могут проводить электричество без сопротивления и потери энергии.
Сверхпроводники различаются по химическому составу, диапазону рабочих температур и магнитным свойствам, но их можно разделить на две группы.
Во-первых, обычные сверхпроводники и нетрадиционные сверхпроводники различаются по способу последовательного соединения электронов, называемого куперовскими парами. Куперовы пары — это состояния с общими идентичностями, которые позволяют атомам материала изящно скользить сквозь беспорядок, обеспечивая непрерывный поток электричества.
Во-вторых, сверхпроводники типа I и типа II по-разному реагируют на магнитные поля и имеют разные типы порогов, при которых они внезапно перестают вести себя как сверхпроводники и начинают вести себя как обычные проводники.
Нетрадиционные сорта типа II обычно считаются более экзотическими. Lamborghini в своей сфере раздвигают физические границы, поскольку требуют индивидуальной разработки.
Они также могут стать «рабочими лошадками», используемыми в таких технологиях, как МРТ, точно так же, как Lamborghini когда-то были тракторами.
Но, возможно, уже нет. Это потому, что физики впервые создали сверхпроводник типа I, который, по-видимому, может нарушить математическую симметрию времени, которая характеризует нетрадиционные сверхпроводники типа II.
Известная как симметрия обращения времени, она заключается в интересном наблюдении, что большинство физических законов работают одинаково независимо от того, течет ли время математически вперед или назад.
В недавно опубликованном исследовании письмо о физическом осмотреМеждународная группа физиков во главе с Индийским институтом научного образования и исследований (IISER) в Бхопале проанализировала и объяснила уникальные электрические и квантовые свойства этого материала, предполагая, что он может в конечном итоге улучшить конструкции квантовых вычислений.
Исследователи синтезировали монокристалл материала под названием диантимонид иттербия (YbSb2) и с помощью рентгеновских лучей определили его химическую чистоту и сложную кристаллическую структуру. Эта структура является общей для обычных и нетрадиционных сверхпроводников, поскольку она демонстрирует квантовое поведение.
Они обнаружили, что при температуре около -272 градусов по Цельсию (-457,6 градусов по Фаренгейту), чуть выше абсолютного нуля (-273,15 градусов по Цельсию), электрическое сопротивление падает до нуля и внезапно становится сверхпроводящим.
В сочетании с измерениями удельной теплоты того, как его электроны реагируют на тепло, исследователи подтвердили, что материал обладает сверхпроводящими свойствами типа I.
Измерения также помогли подтвердить его «полностью запрещенное» состояние, то есть он имеет энергетический барьер, который затрудняет распутывание электронных пар и, следовательно, выбивает его из сверхпроводящего состояния.
Исследователи также использовали два типа мюонной спиновой спектроскопии — метод квантового зондирования, который обнаруживает магнитные поля внутри материалов, заполняя их мюонами — фундаментальными элементарными частицами, которые действуют как маленькие стержневые магниты.
Эксперименты, проведенные без приложения внешнего магнитного поля, показали, что при переходе материала в сверхпроводящую фазу внутри него самопроизвольно возникает небольшое внутреннее магнитное поле.
Это предоставило важные доказательства того, что YbSb2 может нарушать симметрию обращения времени, поскольку направление магнитного поля меняется на противоположное, когда время математически обращено. Если бы это было не так, это странное свойство времени сохранялось бы, а не разрушалось.
В другой версии этого метода квантового исследования исследователи применили внешнее магнитное поле и бомбардировали материал мюонами.
Более того, в объемном сверхпроводящем состоянии электроны YbSb2 не объединяются в пары обычным способом.
Вместо этого они объединяются в нетрадиционную «тройку спинов». Это куперовская пара, но из-за возможных комбинаций спинов электронов ее называют триплетом.
Важно отметить, что это то, что злобно называют «внутренним асимметричным неунитарным триплетным состоянием (INT)», которое демонстрирует чистый магнитный момент. Их магнитные силы не уравновешиваются.
Это спаривание позволяет YbSb2 самостоятельно нарушать симметрию обращения времени без необходимости использования внешнего магнитного поля.
Чтобы изучить, как формируются триплеты, исследователи смоделировали триплетные материалы на основе фундаментальных физических свойств и обнаружили, что каждая пара электронов происходит с разных энергетических орбиталей.
В результате комбинация его свойств может позволить YbSb2 иметь «моду поверхности Майораны без зазоров», которая не является лидером продаж. Зельда игра.
Это означает, что при низких температурах его масса действует как сверхпроводник, через который беспрепятственно текут электроны, а на его поверхности могут развиваться майорановские моды — квантовые возбуждения, которые действуют как его собственные античастицы. (Возможно, это можно сравнить с восхитительной красной лозой, которая пропускает воздух через тело и сахар через кончики)
Это может быть больше, чем просто теоретический прорыв.
Такие «топологические квантовые материалы» могут лучше защитить квантовую информацию, сделав ее менее уязвимой к внешним условиям, таким как тепло и электромагнитный шум. Эти внешние условия становятся источниками интерференции, которые выводят квантовые системы из их запутанных (и, следовательно, полезных) состояний и передают их вычислительной мощности обычных компьютеров.
Это исследование письмо о физическом осмотре.
Эта статья была проверена и отредактирована Фионой Макдональд. Мы гордимся своим процессом, но мы всего лишь люди. Если вы обнаружите какие-либо ошибки, пожалуйста, сообщите нам.
