Координированное расположение дефектов повышает сверхпроводимость — новое исследование
Понимание магнетизма
🔬 Мы знаем магнетизм как фундаментальную силу природы, которая играет решающую роль как в природном мире, так и в современных технологиях. Она определяет поведение материалов на атомном уровне и необходима для функционирования бесчисленного количества устройств в нашей повседневной жизни, включая хранение данных, датчики, беспроводную зарядку, системы звукозаписи и воспроизведения и многое другое.
💡 Понимание истоков магнетизма, глубоко укоренённого в квантовой механике, позволяет учёным и инженерам управлять магнитными свойствами для дальнейших инновационных приложений и новых технологий.
Новый метод
🔬 Команда физиков из исследовательской группы COMMIT в Университете Антверпена в Бельгии разработала методологию, которая раскрывает микроскопические истоки магнетизма в материалах, особенно в избранных атомарно тонких системах, более известных как 2D-материалы.
🚀 Результаты, опубликованные в Physical Review Letters, предлагают беспрецедентное понимание того, как возникают и развиваются магнитные взаимодействия на квантовом уровне.
Как возникает магнетизм
🔄 Магнетизм возникает из квантово-механических свойств электронов, в частности, их собственного спина и орбитального углового момента. В атомах электроны занимают орбитали — области пространства, определяемые квантовыми числами, такими как s, p, d и f орбитали, каждая из которых имеет определённую форму и ёмкость.
🔬 Магнетизм возникает в основном из-за неспаренных электронов в d и f орбиталях, которые более пространственно расширены и позволяют более сильные взаимодействия между атомами.
Роль дефектов в сверхпроводимости
🔬 Международная команда учёных, включая физиков из ВШЭ МИЭМ, продемонстрировала, что, когда дефекты внутри материала расположены в определённой схеме, а не хаотично, сверхпроводимость может возникать при более высокой температуре и распространяться по всему материалу.
📈 Это открытие может помочь в разработке сверхпроводников, которые работают без необходимости экстремального охлаждения.
Что такое сверхпроводимость?
🔬 Сверхпроводимость — это состояние, при котором электрический ток протекает через материал без каких-либо потерь энергии. Сегодня сверхпроводники используются в таких приложениях, как МРТ-аппараты, где сверхпроводящие катушки генерируют сильные магнитные поля.
🚀 В будущем сверхпроводники могут быть интегрированы в системы, требующие передачи энергии без потерь и высокоскоростной обработки сигналов.
Контролируя размещение дефектов
🔬 Учёные из Центра квантовых метаматериалов ВШЭ МИЭМ в сотрудничестве с коллегами из МИФИ, МФТИ и Федерального университета Пернамбуку в Бразилии показали, что сверхпроводимость можно сделать более стабильной, контролируя размещение дефектов.
🔄 Дефекты — это отклонения от идеальной кристаллической решётки материала, такие как избыточные или отсутствующие атомы, примеси и искажения. Они обычно нарушают движение электронов и ослабляют сверхпроводимость, но полностью устранить их невозможно, особенно в многокомпонентных материалах.
🔬 Вместо устранения этих несовершенств учёные предложили расположить их в определённой схеме. Этот тип распределения дефектов известен как коррелированный беспорядок.
📈 Учёные смоделировали двумерный сверхпроводник с различным распределением дефектов — от случайного к коррелированному, где примеси взаимосвязаны. Результаты показывают, что, когда беспорядок в материале координирован, а не хаотичен, переход происходит немедленно: сверхпроводимость возникает одновременно по всей системе.
🚀 Учёные считают, что эти результаты могут помочь в разработке тонких сверхпроводящих плёнок, структура которых близко напоминает модель, использованную в исследовании. При синтезе таких плёнок можно заранее контролировать размещение дефектов, что полезно как для проверки теории, так и для создания материалов с заданными свойствами.
🔬 «Контролируя размещение дефектов на микроскопическом уровне, можно создать сверхпроводники, которые будут работать при гораздо более высоких температурах — потенциально даже при комнатной температуре. Это превратило бы сверхпроводимость из лабораторной редкости в технологию, используемую в повседневных устройствах», — комментирует Вагов.