Uz impulse zvuka kroz male zvučnike, istraživači fizike iz Kornela su razjasnili osnovnu prirodu novog superprovodnika.
Pošto je otkriveno da je supravodnik pre pet godina, uranijum ditelurid je izazvao mnogo buke u zajednici kvantnih materijala – i dosta konfuzije, sa više od deset teorija o pravoj prirodi njegovih superprovodnih svojstava. Neki su predložili vredne mogućnosti za kvantno računanje.
U eksperimentu, Bred Ramšo, vanredni profesor fizike na Koledžu za umetnost i nauku (A&S) i kolege su koristili ultrazvuk da prikupe direktne dokaze da uranijum ditelurid ima jednokomponentni parametar superprovodnog poretka, isključujući egzotičniji tip superprovodnika. to bi bila uzbudljiva vest za kvantno računarstvo. Ali postavljanje osnovne linije podataka za intrinzičnu supravodljivost materijala i dalje ostavlja otvorena vrata za otkrivanje dodatnih složenih mogućnosti kroz dalje proučavanje.
Eksperiment je utvrdio da nedavna tehnička dostignuća u laboratoriji Ramshav čine ultrazvuk pulsnog eha, koji koristi zvučne impulse za ispitivanje mehaničke krutosti kvantnih materijala, što je pouzdana i poželjna tehnika za ispitivanje superprovodnih materijala.
Izveštaj o istraživanju pod nazivom „Jednokomponentna superprovodljivost u UTe 2 pri ambijentalnom pritisku“ objavljen je u časopisu Prirodna fizika. Ramshav je dopisni autor sa doktorandom Florianom Theusom kao prvim autorom. Doktorski student Avi Shragai i bivši postdoktorski istraživač Gael Grissonnanche, sada fakultet na Institutu Politechnikue u Parizu, dali su svoj doprinos, zajedno sa saradnicima sa Univerziteta Merilend i Univerziteta Viskonsin, Milvoki.
„Svi superprovodnici imaju nulti otpor, ali na suptilnijem nivou, postoje različiti ukusi superprovodnika“, rekao je Ramshav. „Istraživači su zainteresovani da pronađu ove različite ukuse jer, prvo, mi čak i ne znamo da li postoje, iako u teoriji znamo da mogu postojati. I drugo, mogu se koristiti u tehnologijama kao što je kvantno računanje. Potrebni su vam novi vrste superprovodnika za nove tehnologije“.
Čudna kombinacija svojstava uranijum ditelurida je u početku sugerisala da bi to mogao biti ovaj novi tip superprovodnika. Njegova kritična temperatura — koliko hladno mora da postane pre nego što pređe u supravodljivo stanje — je relativno niska, oko 2 Kelvina. Ali njegova niska kritična temperatura je uparena sa veoma visokim kritičnim poljem – merom koliko magnetnog polja može da izdrži pre nego što se superprovodno stanje sruši.
„Uobičajeno bismo očekivali da izdrži jednu ili dve tesle, ali može da izdrži oko 60“, rekao je Ramšo. „Ono je skoro 100 puta jače od bilo kog magnetnog polja sa kojim se susrećete u svakodnevnom životu. To nam govori da postoji nešto čudno, da je to možda jedan od onih novih ukusa superprovodljivosti.“
Ramshav i njegovi saradnici su hteli da otkriju da li materijal ima — kao što su neke teorije i postojeći eksperimenti predvideli — višekomponentni parametar superprovodnog poretka, koji podrazumeva egzotične efekte; ili jednokomponentni parametar poretka, još uvek potencijalno egzotičan, ali mnogo više ograničen.
Theuss je vodio eksperiment koristeći ultrazvuk pulsnog eha na uzorku od 1 milimetar sa 1 milimetar da bi otkrio međusobnu interakciju između strukture i superprovodljivosti u uranijum diteluridu. Tehnika meri brzinu zvučnog impulsa koji se kreće kroz materijal, po istom principu kao medicinsko ultrazvučno snimanje. Razlika je u tome što su, umesto da proizvode slike, istraživači izmerili brzinu zvuka kako bi otkrili promenu krutosti materijala dok se hladio do i nakon kritične temperature.
„Možemo da izmerimo rastojanje između zvučnih odjeka sa fenomenalnom preciznošću. To je prava snaga eksperimenta“, rekao je Ramšo.
Sićušni zvučnici (pretvornici) pričvršćeni za uzorak upumpovali su zvučni impuls direktno u materijal u tri različita smera, mereći i tri talasa kompresije i tri talasa smicanja – vibracije sa jedne na drugu stranu prisutne samo u čvrstim materijama.
Na kritičnoj temperaturi, kompresijski talasi su pokazali nagli pad gde je brzina zvuka opala, kao što se očekivalo za sve superprovodnike. Međutim, smičući talasi nisu pokazali takav pad.
„Da je to bio jedan od egzotičnih tipova superprovodljivosti koje su ljudi predlagali, ovi smičući talasi bi takođe imali pad“, rekao je Ramšo.
Istraživači pružaju direktne dokaze da ovaj materijal ima jednokomponentni parametar poretka. Ovaj zaključak, međutim, ne ugušava uzbuđenje oko supravodljivosti u uranijum diteluridu, koji ima mnogo zanimljivih aspekata vrednih daljeg proučavanja, uključujući i njegovu izuzetno jaku odbojnost prema magnetizmu.
Primena pritiska ili magnetnih polja ispod kritične temperature može promeniti tip superprovodljivosti, možda čak i stvoriti neuhvatljivu dvokomponentnu spin-triplet superprovodljivost, rekao je Ramshav. Trenutna studija pruža mesto za početak zasnovano na podacima.
„Definitivno ima još toga da dođe u ovom materijalu. Tek smo počeli“, rekao je Teus, koji je radio sa uranijum diteluridom veći deo svog doktorata. kandidatura. „Ali ako želite da objasnite ove komplikovane stvari, morate početi od osnovnih suštinskih činjenica o supravodljivosti u UTe 2.“
