Suformuluota super nauja superlaidumą paaiškinanti teorija - tai gali tapti tikro proveržio pradžia

Tsukuba universiteto kvantinės kondensuotos būsenos fizikos fakulteto mokslininkas suformulavo naują superlaidumo teoriją.

Šis „Berry jungties“ skaičiavimais paremtas modelis naujus eksperimentų rezultatus padeda paaiškinti geriau, nei dabartinė teorija. Ateityje šis darbas gali padėti sukurti elektros tinklus, kuriais energija būtų siunčiama be nuostolių.

Superlaidininkai yra nuostabios medžiagos, įprastoje temperatūroje visai neatrodančios kuo nors išskirtinės, bet atšaldžius jas iki labai žemos temperatūros, elektrą praleidžiančios be pasipriešinimo, be varžos.

Superlaidumą, tai yra, elektros energijos perdavimą be nuostolių, būtų galima pritaikyti daug kur, tačiau šį procesą pagrindžiant fizika vis dar nėra aiškiai suprantama. Dabar medžiagos perėjimą iš normalios būsenos į superlaidžią įprasta aprašyti Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) teorija. Pagal šį modelį, kol terminis sužadinimas mažas, dalelės gali suformuoti „Cooperio poras“, kurios gali keliauti drauge ir nesišsisklaidyti. Tačiau BCS modelis tinkamai visų superlaidininkų tipų nepaaiškina, o tai apriboja mūsų galimybes kurti tinkamesnes, kambario temperatūroje superlaidžias medžiagas.

Dabar Tsukuba universiteto mokslininkas sukūrė naują superlaidumo modelį, kuris fizikos principus atskleidžia geriau. Užuot visą dėmesį telkusi į elektringų dalelių poravimą, naujoji teorija naudoja matematinį „Berry jungties“ įrankį. Juo skaičiuojamas erdvės, kuria keliauja elektronas, pasukimas. „Standartinėje BCS teorijoje, superlaidumo ištakos yra elektronų poravimasis. Tuo tarpu šioje teorijoje supersrovė apibūdinama kaip neišsisklaidanti suporuotų elektronų tėkmė, o vieniši elektronai varžą vis vien patiria,“ sako autorius profesorius Hiroyasu Koizumi.

Pavyzdžiui, Josephsono jungtys formuojamos, du superlaidžius sluoksnius atskiriant plonu normalaus metalo ar izoliatoriaus barjeru. Nors plačiai naudojamos itin tiksliuose magnetinio lauko detektoriuose ir kvantiniuose kompiuteriuose, Josephsono jungtys BCS teorijoje irgi neaprašomos visiškai tiksliai.

„Naujoje teorijoje elektronų poros stabilizuoja Berry jungtį, o ne pačios sukelia superlaidumą, ir supersrovė yra vienišų ir suporuotų elektronų tėkmė, atsirandanti dėl Berry jungties sukeliamo erdvės, kuria elektronai keliauja, pasukimo,“ sako profesorius Koizumi. Taigi, šis tyrimas gali prisidėti prie kvantinės kompiuterijos ir energijos išsaugojimo pažangos.

University of Tsukuba
scitechdaily.com

Nuoroda: „Superconductivity by Berry Connection from Many-body Wave Functions: Revisit to Andreev−Saint-James Reflection and Josephson Effect“ by Hiroyasu Koizumi, 5 July 2021, Journal of Superconductivity and Novel Magnetism.
DOI: 10.1007/s10948-021-05905-y