Personalitățile „Split” Ale Electronilor Ajută La Rezolvarea Misterului Fizicii

{h1}

Electronii au împărțit personalități în funcție de câți dintre ei sunt în jur, sugerează noi cercetări care pot rezolva un mister fizic despre supraconductori.

Electronii - particulele încărcate negativ în jurul atomilor - au împărțit „personalități” și acționează într-un fel sau altul în funcție de câți dintre ei sunt în jur, sugerează noi cercetări.

Constatarea ar putea ajuta la rezolvarea unui mister de lungă durată despre curenții electrici la superconductori, care transportă un astfel de curent fără pierderi de energie. Fizicienii s-au întrebat de mult timp de ce electronii se mișcă uneori liber, pe măsură ce materialele supraconductoare se răcesc și de alte ori blocarea fluxului electric.

Cercetătorii s-au concentrat pe așa-numiții supraconductori la temperaturi ridicate sau pe materialele care conduc electricitatea la temperaturi peste supraîncărcat sau zero absolut (minus 459,67 grade Fahrenheit, sau minus 273,15 grade Celsius). Au folosit un microscop electronic pentru a examina o clasă de superconductori la temperatură înaltă pe bază de cuprate, orcoper și compuși de oxigen. Cupratele sunt de obicei izolatoare (ceea ce înseamnă că nu conduc electricitate), dar când sunt răcite la aproximativ 160 de grade Kelvin (minus 171 grade F sau minus 113 grade C) și amestecate cu un oxigen, însumând câțiva atomi împrăștiați în mai multe molecule de cuprat, se transformă în superconductori, a descoperit echipa de la Brookhaven National Laboratory. [Dincolo de cupru: 8 elemente chimice pe care nu le-ai auzit niciodată]

Lipiți electroni

Cercetătorii au descoperit că doparea cupratelor cu oxigen a determinat inițial înghețarea unora dintre electroni - o afecțiune numită „dungi”. Dungile interferau cu superconductivitatea, deoarece electronii blocați le permiteau doar liberilor să se deplaseze în anumite direcții.

Adăugarea suficientă oxigen la cuprate părea să facă o diferență mare, întrucât cupratele au acționat din nou ca semiconductori, a declarat cercetătorul de studiu JC Séamus Davis, fizician senior la Brookhaven National Laboratory din Upton, New York, și director al Departamentului SUA al Centrului Energiei. pentru Superconductivitatea Emergentă.

Motivul pentru care se pare că acesta funcționează are legătură cu motivul pentru care se întâmplă supraconductivitatea. De obicei, metalele conduc electricitatea, deoarece atomii au învelișuri electronice externe incomplete. Cuprul, de exemplu, are un singur electron în carcasa sa exterioară, chiar dacă acea coajă are suficient spațiu pentru opt electroni. Acest spațiu suplimentar permite electronilor să acționeze ca și cum ar fi într-o mare plutitoare liberă. Atașarea unei baterii impune un câmp electric asupra electronilor, care toate sunt atrase către partea pozitivă a câmpului. Bateria furnizează, de asemenea, mai mulți electroni, care se mișcă ca o linie de conga de-a lungul firului. Există, însă, rezistență, deoarece electronii sărită în mod aleatoriu.

Dacă un metal este suficient de răcit, electronii formează așa-numitele perechi Cooper. Electronii sunt încărcați negativ, astfel încât atrag particulele încărcate pozitiv sau ionii în metal, lăsând o încărcătură pozitivă ceva mai densă pe măsură ce se mișcă. Această încărcare pozitivă atrage alți electroni liberi, rezultând o pereche slab legată - unul în spatele celuilalt.

Regulile cuantice-mecanice le permit să navigheze prin cupru fără interferențe. Dar nu funcționează atunci când temperatura este prea ridicată, deoarece perechile se descompun când electronii sunt înconjurați. [Fizica neplăcută: cele mai cool particule mici din natură]

Un proces numit dopaj - în care substanțele chimice sunt aplicate pe un metal sau altă substanță - adaugă materialului „găuri” sau spații de încărcare pozitivă în care electronii sunt absenți. Rezultatul este că electronii din cuprate au mai mult spațiu de mișcare și de aceea, la temperaturi reci, electronii blocați - sau „dungi” - dispar.

Realizarea de superconductori

În timp ce fenomenul poate părea ezoteric, este un pas important în înțelegerea modului de fabricare a materialelor supraconductoare, a spus Davis. "Au fost zeci de explicații concurente. Rezultatul experimentului nostru a arătat că a fost o explicație simplă", a spus Davis.

Încă mai este mult de lucrat pentru creșterea temperaturilor superconductorilor. Experiența echipei Brookhaven s-a făcut la 4 grade Kelvin, sau aproximativ 450 grade F (minus 268 grade C) - cu mult sub limita teoretică. Mai multe experimente vor trebui făcute cu cuprate dopate la temperaturi mai ridicate. Acestea fiind spuse, Davis observă că, dacă un superconductor ar putea funcționa la temperatura azotului lichid, spre deosebire de heliu lichid, aceasta ar reduce mult costurile.

De asemenea, știind că „dungi” trebuie împiedicate să se formeze poate ghida inginerii și oamenii de știință în alegerea pe care substanțe să se concentreze și cum să crească temperatura superconductorilor și mai departe. "Odată ce oamenii de știință știu care este obiectivul, ei pot lucra pentru asta", a spus Davis.

Chiar și cu această nouă constatare, superconductorii dețin încă mistere. Deși grupul lui Davis a găsit o modalitate de a atenua fenomenul de striping, o mare parte din mecanismul de bază este încă neclar.

Yang He, candidat la doctorat la Universitatea Harvard, se numără printre un grup de oameni de știință care studiază și superconductivitatea. El a spus în concluziile lor, o fază în care electronii sunt parțial conducători și parțial izolatori - numită pseudogap - pare să evolueze fără probleme indiferent de ceea ce fac electronii din material. În plus, electronii de fază pseudogap par să participe și la superconductivitate. „Cumva, electronii fac două lucruri”, a spus el.

Studiul apare în numărul 9 mai al revistei Science.

Urmează-ne @wordssidekick, Facebook. Articolul original despre știința în direct.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


De Ce Este Circumferința Lhc De 27 De Kilometri?
De Ce Este Circumferința Lhc De 27 De Kilometri?

Omul Paralizat Merge Din Nou Folosind Sistemul Brain-Wave
Omul Paralizat Merge Din Nou Folosind Sistemul Brain-Wave

Jucărie Tipărită 3D, Bug Poo Take Awards Research Art
Jucărie Tipărită 3D, Bug Poo Take Awards Research Art

Noua Metodă „Misterioasă” A Acestui Matematician Tocmai A Rezolvat O Problemă Veche De 30 De Ani
Noua Metodă „Misterioasă” A Acestui Matematician Tocmai A Rezolvat O Problemă Veche De 30 De Ani

Limba Ta Se Va Lipi Într-Adevăr De Un Stâlp Înghețat?
Limba Ta Se Va Lipi Într-Adevăr De Un Stâlp Înghețat?


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2019 RO.WordsSideKick.com