O nouă clasă de supraconductori

O nouă teorie care ar putea explica modul în care apare supraconductivitatea neconvențională într-o varietate de compuși probabil că nu s-ar fi produs niciodată dacă fizicienii Qimiao Si și Emilian Nica ar fi ales un nume diferit pentru modelul lor de superconductivitate selectivă orbitală din 2017.

Într – un studiu publicat luna aceasta în Materiale cuantice npjC., de la Universitatea Rice și Nikka de la Universitatea de Stat din Arizona, susțin că supraconductivitatea neconvențională a unor materiale grele pe bază de fier provine dintr-un fenomen general numit „cămașă multi-pelerin” Împerecherea. „

În supraconductori, electronii formează perechi și curg fără rezistență. Fizicienii nu pot explica pe deplin cum se formează perechile în superconductorii neconvenționali, deoarece forțele cuantice duc la un comportament ciudat. Fermionii grei, un alt material cuantic, prezintă electroni care apar de mii de ori mai mari decât electronii normali.

Si și Nica au propus ideea cuplării selective în interiorul orbitalilor atomici în 2017 pentru a explica superconductivitatea neconvențională în selenurile de fier alcalin. În anul următor, au aplicat modelul orbital selectiv materialului fermionic greu a cărui supraconductivitate neconvențională a apărut pentru prima dată în 1979.

S-au gândit să numească modelul după o expresie matematică înrudită popularizată de pionierul cuantic Wolfgang Pauli, dar au ales să-l numească d + d. Numele se referă la funcțiile de undă matematică care descriu stările cuantice.

„Este ca și cum ai avea două perechi de electroni dansând unul cu celălalt”, a spus Olga K. Weiss, profesor de fizică și astronomie al C. Rice. „Puteți distinge acest dans prin canale cu undă s, undă p și undă d, iar d + d denotă două tipuri diferite de unde d care se îmbină într-una singură.”

În anul care a urmat publicării modelului d + d, Si a susținut numeroase prelegeri despre lucrare și a constatat că membrii publicului confundă adesea numele cu „d + id”, numele unui alt stat de cuplare despre care fizicienii au discutat pentru mai multe mai mult de un sfert de secol.

„Oamenii se apropiau de mine după o prelegere și îmi spuneau:„ Teoria ta despre d + id este cu adevărat interesantă ”și au înțeles-o ca un compliment, dar a fost mult enervant” din materialele cuantice (RCQM), a spus Si, care conduce, de asemenea, Centrul de orez.

La mijlocul anului 2019, Si și Nica s-au întâlnit la prânz în timp ce vizitau laboratorul național Los Alamos și au început să împărtășească povești despre confuzia d + d versus d + id.

„Acest lucru a dus la o discuție dacă d + d ar putea fi legat de d + id într-un mod semnificativ și ne-am dat seama că nu era o glumă”, a spus Nika.

Contactul a inclus state de cuplare d + d și cele făcute celebre de descoperirea super-heliu-3 câștigătoare a Premiului Nobel.

„Există două conjugări super-fluide de heliu-3 lichid, una se numește faza B, iar cealaltă este faza A”, a spus Nika. „Empiric, faza B este aproape ca d + d, în timp ce faza A este aproximativ aceeași cu d + id.”

Analogia a devenit mai interesantă când au discutat despre matematică. Fizicienii folosesc calcule matriciale pentru a descrie stările de cuplare cuantică în heliu-3 și acesta este și cazul modelului d + d.

„Aveți o serie de moduri diferite de a organiza acea matrice și ne-am dat seama că matricea noastră d + d pentru spațiul orbital era ca o variantă a matricei d + id care descrie cuplarea heliu-3 în spațiul de rotație”, a spus Nika.

Si a spus că asocierile cu conjugările cu heliu-3 superfluid l-au ajutat, iar Nikka oferă o descriere mai completă a stărilor de cuplare atât în ​​superconductori pe bază de fier, cât și în grei.

„În timp ce eu și Emile discutam, ne-am dat seama de asta Tabelul periodic Si a spus, referindu-se la graficul pe care îl folosesc fizicienii pentru a regla stările de cuplare supraconductoare.

„Folosim simetrii – cum ar fi grila sau aranjamentele de rotație sau dacă timpul care se deplasează înainte față înapoi este echivalent, care este simetria reflexiei timpului – pentru a organiza posibilele conjuncții”, a spus el. „Ceea ce am dezvăluit este că d + id poate fi găsit în lista curentă. Puteți utiliza tabelul periodic pentru a-l crea. Dar d + d, nu puteți. Este în afara tabelului periodic, deoarece tabelul nu include orbite. „

Si a spus că orbitele sunt importante pentru descrierea comportamentului materialelor precum superconductorii pe bază de fier și fermionii grei, întrucât „relațiile puternice electron-electron joacă un rol crucial”.

„Pe baza muncii noastre, scara ar trebui extinsă pentru a include indicatori orbitali”, a spus Si.