Учёные обнаружили способ эффективной передачи электрического тока через определённые материалы при комнатной температуре. Это открытие может революционизировать сверхпроводимость и изменить подходы к сохранению и генерации энергии.
Статья [опубликована](https://link.aps.org/doi/10.1103/dxzf-fx8k) в журнале Physical Review Letters.
Долгожданный прорыв стал возможен благодаря применению высокого давления к определённым материалам, что сближает их электроны и раскрывает необычные электронные свойства.
«Наше исследование посвящено изучению взаимодействия электронов внутри твёрдых материалов — взаимодействиям, которые порождают такие явления, как высокотемпературная сверхпроводимость и волны зарядовой плотности (ВЗП)», — сказал доктор Махмуд Абдель-Хафиз, доцент кафедры физики Университета Шарджи.
«Эти эффекты важны, поскольку они влияют на то, насколько эффективно электричество может проходить через материал, и могут преобразовать будущие технологии», — добавил он.
В большинстве материалов электроны движутся независимо. Однако в некоторых материалах они взаимодействуют коллективно, проявляя новые мощные свойства. «Мы хотели понять, как эти взаимодействия изменяются, когда материал подвергается высокому давлению — когда электроны сближаются», — объяснил доктор Абдель-Хафиз, ведущий автор исследования.
Исследование показывает, что поведение ВЗП не только усиливается под экстремальным давлением, но и может проявляться при комнатной температуре, что является редким и захватывающим открытием, по словам авторов. Это противоречит тому, что обычно наблюдается в других двумерных материалах, где ВЗП ослабевают под давлением.
«Наше открытие открывает двери к новым возможностям в материаловедении. Ключевой вывод заключается в том, что электроны внутри определённых материалов могут вести себя удивительно и мощно, когда материал подвергается высокому давлению», — подчеркнул доктор Абдель-Хафиз.
Учёные из ведущих университетов и научных учреждений Германии, Швеции, Индии, Японии, Италии, Египта, Катара, Тайваня и Объединённых Арабских Эмиратов внесли свой вклад в новаторское исследование, которое может проложить путь к технологиям следующего поколения, от сверхэффективной передачи энергии до передовых квантовых устройств.
Эти результаты важны, поскольку усиление электронных взаимодействий приближает общество к прорывным открытиям, включая сверхпроводники при комнатной температуре и сверхэффективные электронные системы. Исследование демонстрирует, что воздействие на материалы экстремальных условий может выявить скрытые свойства, которые могут усовершенствовать технологии будущего.
«Это открытие привлечёт значительный научный интерес», — сказал профессор Олле Эриксон, профессор теории материалов в Уппсальском университете Швеции и председатель Нобелевского комитета по физике.
«Такие методы, как мюонная резонансная спектроскопия, нейтронное рассеяние и ARPES, будут иметь важное значение для полного понимания того, почему волна зарядовой плотности становится такой устойчивой — даже при комнатной температуре», — отметил он.
Усиление электронного поведения под давлением предполагает новые возможности для будущих технологий. Если наука научится контролировать эти взаимодействия материалов — прорыв, который, как доказывает это исследование, достижим — мир приблизится к созданию материалов, которые проводят электричество с минимальными потерями энергии, и устройств, которые работают быстрее и эффективнее, чем когда-либо прежде.
В целом, исследование показывает, что, воздействуя на материалы экстремальными условиями, учёные могут выявить совершенно новые свойства, которые ранее были скрыты — открытия, которые могут сыграть роль в следующем поколении электронных и энергетических технологий.
«Этот результат замечателен, поскольку он бросает вызов нашему нынешнему пониманию того, как электронный порядок ведёт себя под давлением», — сказал профессор Рюдигер Клингелер из Гейдельбергского университета Германии.
«Наблюдение волны зарядовой плотности, которая не только выживает, но и усиливается до комнатной температуры, открывает совершенно новые пути для изучения коррелированных электронных систем. Это открытие, несомненно, станет стимулом для дальнейших экспериментальных и теоретических исследований в этой области», — заключил он.
Результаты могут иметь далеко идущие последствия для промышленности и общества, указывая на материалы, которые могут более эффективно обрабатывать электричество.
«Если электронные явления, такие как волны зарядовой плотности, могут существовать при комнатной температуре, как предполагает наше исследование, это может привести к созданию устройств, которые будут использовать гораздо меньше энергии и выделять меньше тепла. Это означает более долговечную электронику, снижение затрат на электроэнергию и уменьшение воздействия на окружающую среду», — сказал доктор Абдель-Хафиз.
«Результаты также намекают на прогресс в направлении будущих технологий, таких как высокоэффективные энергетические системы или более быстрые вычислительные устройства. Отрасли, работающие над передовой электроникой, коммуникационными технологиями и чистой энергией, могут извлечь выгоду из материалов, которые работают лучше в повседневных условиях», — добавил он.
В долгосрочной перспективе понимание того, как контролировать эти электронные явления, может приблизить общество к таким прорывам, как сверхпроводники при комнатной температуре, которые могли бы изменить всё: от электросетей до транспорта.
Исследование демонстрирует, что волны зарядовой плотности могут усиливаться при комнатной температуре под давлением, открытие, которое указывает на создание материалов, способных работать более эффективно без необходимости экстремально низких температур, что делает передовые электронные технологии более простыми и экономически эффективными в развёртывании.
«Одно из реальных применений — это проектирование более быстрых и энергоэффективных электронных устройств. Если материалы могут естественным образом контролировать поток электронов при комнатной температуре, компьютеры, датчики и системы связи могли бы работать с меньшим энергопотреблением и выделять меньше тепла. Это поможет продлить срок службы батарей и снизить потребление энергии в повседневных устройствах», — объяснил доктор Абдель-Хафиз.
«Ещё одно потенциальное применение — энергетические системы следующего поколения. Понимание и контроль поведения электронов могут приблизить нас к таким технологиям, как сверхпроводники при комнатной температуре, которые позволили бы электричеству преодолевать большие расстояния без каких-либо потерь энергии. Это произвело бы революцию в энергосистемах, снизило бы затраты и поддержало более чистые и устойчивые энергетические решения», — заключил он.
Предоставлено
[Университет Шарджи](https://phys.org/partners/university-of-sharjah/)