Simetrija prelomnega časa pri visokotemperaturnih superprevodnikih | 2020

Vsebina:

Anonim

"Simetrije so pomemben vidik pri opisovanju narave," pravi Mikael Fogelström, profesor teoretične fizike na Tehnološki univerzi Chalmers. "Krogla je okrogla in izgleda enako, ne glede na to, kako jo vrtimo, zato ima rotacijsko simetrijo. Na enak način ima večina materialov simetrije, ki opisujejo, kako izgledajo materiali in kakšne so njihove lastnosti. Če je ena ali več simetrij prelomi, to pomeni fazni prehod v novo stanje. Ko material postane magneten, se razbije bolj abstraktna simetrija, kar je znano kot časovno obratna simetrija.

Superprevodni materiali vodijo električni tok brez izgube energije. Leta 1986 so raziskovalci odkrili, da družina perovskitnih materialov, ki imajo dvodimenzionalne bakrove oksidne ravnine, pri relativno visokih temperaturah postane superprevodna. Tudi s poskusi bi lahko ugotovili, da je superprevodna faza tudi razbila kristalno simetrijo in da je bil material v tem pogledu nenavaden.

Teoretiki so premišljevali, ali bi materiali lahko prekinili tudi simetrijo obračanja časa in povzročili spontano magnetizacijo. Eksperimenti, povezani predvsem s prenosom elektronov, so pokazali, da je bilo tako, medtem ko druga kategorija poskusov za neposredno merjenje spontane magnetizacije ni pokazala učinka.

"Naše delo je prineslo nov mehanizem za prekinitev simetrije časovnega preobrata v visokotemperaturnih superprevodnikih," pravi Tomas Löfwander, ki je eden od raziskovalcev za nove rezultate. "Trdimo, da je to verjetno že opazili in da dva niza poskusov nista v nasprotju."

Odkritje raziskovalcev iz Chalmersa temelji na programskem paketu, ki ga je raziskovalec Mikael Håkansson razvil ob dokončanju svoje licence teze na Oddelku za uporabno kvantno fiziko na MC2, da bi izdelal teoretični model majhnih mezoskopskih superprevodnih zrn. Programski paket uporablja množično paralelizacijo numeričnega dela, ki se nato lahko obdeluje v grafičnih procesnih enotah ali grafičnih procesorjih.

"Čas, potreben za opravljanje dokaj zahtevnih izračunov, je bil bistveno zmanjšan, zato smo se lahko bolj osredotočili na fiziko in simulirali bolj realistične sisteme," pojasnjuje Mikael Håkansson. "Hkrati sem razvil orodje za obdelavo in vizualizacijo velikih količin podatkov, ki jih je izdelala programska oprema. Fizika narave prikazuje, kako se stanje elektronov porazdeli v energiji vzdolž površine visokotemperaturnega superprevodnika, ko je prekinil simetrijo obračanja časa. "

Računalniško orodje je Chalmersovim raziskovalcem omogočilo raziskovanje primerov, ko obroč superprevodnega kristala vpliva na silo superprevodne faze. Občasni vzorec vrtincev se spontano oblikuje v obliki ogrlice ob površini, takoj ko je temperatura nižja od mejne temperature. Ti vrtinci povzročajo spontani magnetni tok, ki izmenjuje smer na lestvici dolžine nekaj deset nanometrov.

"Verjamemo, da bodo novi rezultati s tistimi, ki so znani kot nanoklimi, ki so magnetometri z izjemno dobro resolucijo, sposobni dati takojšnje eksperimentalno preverjanje naših rezultatov," pravi Mikael Fogelström.