Электроны в странном металлическом мире
Представьте себе стайку птиц, кружащуюся по небу: сливающуюся в массу, стекающую в ленты, которые скручиваются и вновь принимают фантастические формы. Если вы проследите за одной птицей в стае, вы сможете описать ее действия, то, как она машет крыльями или тормозит хвостом. Тем не менее, даже если бы вы могли подробно объяснить поведение каждой отдельной птицы, формы и закономерности их коллективного полета все равно ускользнули бы от понимания. Электроны не сбиваются в стаи, как птицы. Но Дебанжан Чоудхури, доцент кафедры физики, сталкивается с аналогичной проблемой, пытаясь описать, как электроны ведут себя в квантовых материалах. На протяжении десятилетий ученые изучали электроны, рассматривая обычные материалы, такие как кремний, и наблюдая по одному электрону за раз. «Несмотря на сложность электронов в кремнии, мы можем эффективно описать измеримые свойства материала, сосредоточив внимание на каждом отдельном электроне, как если бы другие не существовали», — говорит Чоудхури.
Но в последнее время учёных заинтересовали так называемые квантовые материалы, в которых триллионы электронов взаимодействуют и влияют друг на друга — поведение, которое проявляется в высокотемпературных сверхпроводниках. «Эти новые материалы демонстрируют противоречивые свойства, которые невозможно описать, рассматривая эти электроны по одному», — говорит Чоудхури. «Вместо этого нам приходится относиться к электронам в этих материалах как к одной коллективной жидкости, в которой электроны сильно переплетены друг с другом. У нас пока даже нет подходящих технических инструментов и математических машин для надежного описания их свойств». Для Чоудхури, физика-теоретика, квантовые материалы являются одновременно загадкой и путем к инновациям. «Эти материалы очень интересны», — говорит он. «Они обещают расширить наше базовое понимание квантовой механики применительно к триллионам взаимодействующих электронов. Они также потенциально могут стать движущей силой следующего поколения квантовых технологий».
Когда электрический ток протекает через обычный проводник, например медь, при комнатной температуре, микроскопические взаимодействия между проводником и текущими электронами создают сопротивление. Подобно механическому трению, это сопротивление рассеивает часть энергии электрического тока в виде тепла. Напротив, сверхпроводники переносят электрический ток без малейшей потери энергии. Когда в 1911 году была открыта сверхпроводимость, она наблюдалась только при температурах, близких к абсолютному нулю (-273,15°C), что было препятствием для использования потока энергии без потерь в повседневных целях. Однако в 1980-х годах ученые начали открывать материалы с гораздо более высоким температурным порогом сверхпроводимости — до -100°C. Это чрезвычайно низкая температура, но такую температуру можно поддерживать с помощью жидкого азота, что делает высокотемпературные сверхпроводники гораздо лучшими кандидатами для практического применения.
Понимание квантовых явлений, которые управляют потоком электронов в высокотемпературных сверхпроводниках, может иметь невероятные технологические и даже планетарные последствия, объясняет Чоудхури. В качестве примера он приводит электростанции. Примерно 65% электроэнергии, вырабатываемой электростанциями, теряется при передаче. Устраняя эти потери, высокотемпературные сверхпроводники могут значительно сократить выбросы углекислого газа при производстве электроэнергии. Однако многочисленные высокотемпературные сверхпроводники принадлежат к более широкому классу материалов, называемых странными металлами, которые по-прежнему не поддаются объяснению. Они странны в том смысле, что никогда раньше не наблюдались, и не только с точки зрения их сверхпроводимости.
До открытия странных металлов наблюдения в целом подтверждали, что рассеяние в типичном проводнике увеличивается с повышением температуры, но лишь до определенного момента. За пределами этой точки вы можете повысить температуру системы без ухудшения проводимости материала. Увеличьте температуру меди с -150°C до -10°C или даже до 39°C в жаркий летний день, и у вас все равно будет отличный проводник. Однако когда дело доходит до странных металлов, их рассеиванию нет предела. Вместо этого их проводимость продолжает ухудшаться по мере повышения температуры. «Можно подумать, что… материал, который может быть сверхпроводником при температуре около -100°C или ниже, будет очень хорошим электрическим проводником при комнатной температуре, подобно меди или серебру», — говорит Чоудхури. «Напротив, эти странные металлы в нормальных условиях являются ужасными проводниками».
Электроны в любом материале постоянно сталкиваются. Когда температура системы падает, электроны замедляются, а время между столкновениями увеличивается. Однако для странных металлов при низких температурах интервал между последовательными столкновениями необычайно короток. И на этом странности не заканчиваются, говорит Чоудхури. Интервал точно определяется температурой системы и постоянной Планка, фундаментальной константой природы. Такое поведение справедливо независимо от химического состава странного металла и независимо от пороговой температуры, при которой проявляются его сверхпроводящие способности. «Физики волнуются каждый раз, когда мы видим появление универсальности, потому что это означает, что сложные микроскопические детали, связанные с конкретным материалом, не затрагивают общие черты, присущие всем отдельным соединениям», — говорит Чоудхури. «Мы можем надеяться найти теоретическое объяснение, которое будет работать для всех этих соединений».
Чоудхури исследует происхождение этой универсальной шкалы времени в различных сверхпроводящих соединениях. «Такое время столкновений электронов говорит нам о том, что квантовая механика фундаментально важна для понимания фундаментальной физики, которая управляет тем, как электронная жидкость проводит ток в этих странных металлах», — говорит он. «Фундаментальная причина такой универсальной шкалы времени, вероятно, также ответственна за развитие высокотемпературной сверхпроводимости». Чтобы объяснить время столкновений электронов в странных металлах, Чоудхури пытается написать простейшую квантовую теорию поля, которая бы описывала свойства взаимодействующих частиц. «Я пытаюсь построить минимальную математическую модель того, что могут делать электроны», — говорит он. «Я пытаюсь придумать интересные способы решения головоломки, используя методы и идеи, вдохновленные разработками в различных областях физики, иногда включая даже квантовую информацию и черные дыры».
В отдельной, но связанной области группа Чоудхури сотрудничает с физиками-экспериментаторами для изучения физики муаровых материалов, нового класса материалов, открытого в 2018 году Пабло Харилло-Эрреро и его сотрудниками из Массачусетского технологического института. Члены лаборатории Харильо-Эрреро поместили два листа графена, каждый из которых состоит из одного атомного слоя атомов углерода, друг на друга. Затем исследовательская группа скрутила один лист на 1,1 градуса относительно другого. В полученной системе, названной муаровым материалом, поскольку два слегка смещенных листа создают муаровый узор, возникли новые и неожиданные явления, включая сверхпроводимость.
«Существует множество других двумерных материалов, в которых можно играть в ту же игру», — говорит Чоудхури. «Удивительная особенность муаровых материалов заключается в том, что два листа не обязательно должны быть изготовлены из одного и того же материала. Складывая и скручивая множество разных листов, вы получаете возможность извне контролировать кинетическую энергию электронов — насколько быстро они эффективно перемещаются в системе — в отличие от того, насколько сильно они взаимодействуют друг с другом. Например, поворот графена на одну точку и один градус — это золотая середина, где электроны почти останавливаются из-за тонких квантово-механических эффектов».
В общем, сверхпроводимость возникает, когда два электрона собираются вместе, образуют так называемую куперовскую пару, а затем начинают двигаться с конечной кинетической энергией. «Итак, если электроны в двух листах графена с поворотом на 1,1 градуса почти не имеют кинетической энергии, как могут пары электронов двигаться?» — спрашивает Чоудхури. «Ответ кроется в топологических свойствах (свойствах, сохраняющихся при деформации, скручивании и растяжении объектов), которые связаны с квантовомеханической волновой функцией электрона в сочетании с сильным электрон-электронным взаимодействием. Это сочетание топологических свойств и сильно запутанных электронов. открывает принципиально новый путь к созданию высокотемпературных сверхпроводников».
Когда он не думает о существующих и продолжающихся экспериментах, Чоудхури любит представлять интересные квантовые эффекты, которые теоретически возможны, даже если они лежат за пределами существующих измерений. «Я раздвигаю границы своего воображения, задавая вопрос: «Если мы не нарушим никаких фундаментальных законов природы и сосредоточимся на неизведанном мире запутанных электронов, что еще может произойти?» И как мы сможем обнаружить что-то подобное?» — говорит он. «Квантовый мир увлекателен, и мы так мало в нем понимаем, что мне хочется сделать фундаментальные, концептуальные открытия в теории взаимодействующих электронов», — продолжает он. «Существует бесконечный список совершенно новых явлений, о которых никто никогда не думал и которые ждут своего открытия».
Источник
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Отправить донат на поддержку проекта "Аномальные новости"
Меню
Архив материалов
Проекты наших читателей
Контакты исследователей
Подписка на новости
Проекты
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
Новости
26.02.2002 - 05.07.2002
05.08.2002 - 23.10.2002 (562)
24.10.2002 - 17.01.2003 (585)
20.01.2003 - 07.04.2003 (709)
08.04.2003 - 01.08.2003 (709)
04.08.2003 - 18.11.2003 (763)
19.11.2003 - 31.03.2004 (721)
01.04.2004 - 13.08.2004 (825)
16.08.2004 - 22.11.2004 (782)
23.11.2004 - 28.03.2005 (756)
29.03.2005 - 29.07.2005 (807)
30.08.2005 - 02.12.2005 (927)
05.12.2005 - 21.04.2006 (912)
24.04.2006 - 23.10.2006 (999)
24.10.2006 - 03.05.2007 (999)
04.05.2007 - 28.01.2008 (999)
29.01.2008 - 12.01.2009 (999)
13.01.2009 - 07.07.2009 (966)
22.08.2009 - 21.01.2010 (996)
22.01.2010 - 22.06.2010 (1000)
23.06.2010 - 14.01.2011 (1042)
17.01.2011 - 31.05.2011 (1008)
01.06.2011 - 03.11.2011 (1003)
07.11.2011 - 16.03.2012 (996)
19.03.2012 - 09.06.2012 (1009)
13.06.2012 - 07.09.2012 (988)
10.09.2012 - 19.11.2012 (1004)
20.11.2012 - 14.01.2013 (1015)
15.01.2013 - 22.02.2013 (1000)
23.02.2013 - 08.04.2013 (991)
09.04.2013 - 31.05.2013 (1015)
01.06.2013 - 18.07.2013 (992)
19.07.2013 - 03.09.2013 (1014)
04.09.2013 - 20.10.2013 (1001)
21.10.2013 - 02.12.2013 (1001)
03.12.2013 - 18.01.2014 (997)
19.01.2014 - 07.03.2014 (994)
08.03.2014 - 24.04.2014 (1000)
25.04.2014 - 18.06.2014 (1005)
19.06.2014 - 15.08.2014 (1019)
16.08.2014 - 07.10.2014 (1006)
08.10.2014 - 16.11.2014 (995)
17.11.2014 - 25.12.2014 (1004)
26.12.2014 - 09.02.2015 (989)
10.02.2015 - 20.03.2015 (998)
21.03.2015 - 22.04.2015 (1001)
23.04.2015 - 29.05.2015 (997)
29.05.2015 - 30.06.2015 (995)
30.06.2015 - 29.07.2015 (990)
29.07.2015 - 26.08.2015 (998)
27.08.2015 - 24.09.2015 (988)
25.09.2015 - 22.10.2015 (991)
23.10.2015 - 18.11.2015 (1000)
18.11.2015 - 16.12.2015 (990)
17.12.2015 - 23.01.2016 (1000)
24.01.2016 - 25.02.2016 (1000)
26.02.2016 - 24.03.2016 (1000)
24.03.2016 - 16.04.2016 (990)
17.04.2016 - 19.05.2016 (999)
20.05.2016 - 22.06.2016 (993)
23.06.2016 - 01.08.2016 (995)
02.08.2016 - 12.09.2016 (990)
13.09.2016 - 25.10.2016 (989)
26.10.2016 - 05.12.2016 (995)
06.12.2016 - 15.01.2017 (995)
16.01.2017 - 23.02.2017 (990)
24.02.2017 - 03.04.2017 (994)
04.04.2017 - 18.05.2017 (1000)
19.05.2017 - 05.07.2017 (1000)
06.07.2017 - 24.08.2017 (1000)
25.08.2017 - 06.10.2017 (991)
07.10.2017 - 15.11.2017 (990)
16.11.2017 - 24.12.2017 (1000)
25.12.2017 - 04.02.2018 (990)
05.02.2018 - 17.03.2018 (1000)
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - 11.06.2018 (1000)
12.06.2018 - 18.07.2018 (990)
19.07.2018 - 24.08.2018 (1000)
25.08.2018 - 02.10.2018 (1000)
03.10.2018 - 07.11.2018 (990)
08.11.2018 - 13.12.2018 (990)
14.12.2018 - 23.01.2019 (1000)
24.01.2019 - 02.03.2019 (1000)
03.03.2019 - 12.04.2019 (1010)
13.04.2019 - 23.05.2019 (990)
24.05.2019 - 03.07.2019 (1000)
04.07.2019 - 11.08.2019 (1000)
12.08.2019 - 16.09.2019 (990)
17.09.2019 - 26.10.2019 (1000)
27.10.2019 - 12.12.2019 (1000)
13.12.2019 - 25.01.2020 (1000)
26.01.2020 - 06.03.2020 (990)
07.03.2020 - 16.04.2020 (1010)
17.04.2020 - 19.05.2020 (1000)
20.05.2020 - 25.06.2020 (990)
26.06.2020 - 04.08.2020 (995)
05.08.2020 - 16.09.2020 (1005)
17.09.2020 - 26.10.2020 (990)
27.10.2020 - 27.11.2020 (990)
28.11.2020 - 07.01.2021 (990)
08.01.2021 - 15.02.2021 (1000)
16.02.2021 - 31.03.2021 (1000)
01.04.2021 - 12.05.2021 (1000)
13.05.2021 - 14.06.2021 (990)
15.06.2021 - 26.07.2021 (980)
27.07.2021 - 31.08.2021 (990)
01.09.2021 - 07.10.2021 (1000)
08.09.2021 - 07.11.2021 (1000)
08.11.2021 - 10.12.2021 (1000)
11.12.2021 - 24.01.2022 (990)
25.01.2022 - 04.03.2022 (1000)
05.03.2022 - 10.04.2022 (990)
11.04.2022 - 17.05.2022 (1000)
18.05.2022 - 23.06.2022 (980)
24.06.2022 - 31.07.2022 (990)
01.08.2022 - 13.09.2022 (990)
14.09.2022 - 21.10.2022 (990)
22.10.2022 - 29.11.2022 (1000)
30.11.2022 - 22.01.2023 (1000)
23.01.2023 - 02.03.2023 (990)
03.03.2023 - 21.04.2023 (1000)
22.04.2023 - 13.06.2023 (990)
14.06.2023 - 02.08.2023 (1000)
03.08.2023 - 21.09.2023 (1000)
22.09.2023 - 06.11.2023 (990)
07.11.2023 - 24.12.2023 (990)
25.12.2023 - 18.02.2024 (1000)
19.02.2024 - 05.04.2024 (990)
06.04.2024 - 25.05.2024 (1000)
26.05.2024 - 26.07.2024 (1000)
26.07.2024 - 25.08.2024 (990)
26.08.2024 - 28.09.2024 (980)
29.09.2024 - 01.11.2024 (1000)
02.11.2024 - 02.12.2024 (980)
03.12.2024 - 08.01.2025 (990)
09.01.2025 - 09.02.2025 (1000)
10.02.2025 - 20.03.2025 (1000)
21.03.2025 - 03.05.2025 (990)
04.05.2025 - ...
Статьи
Статьи: раздел 1 (1024)
Статьи: раздел 2 (1006)
Статьи: раздел 3 (1000)
Статьи: раздел 4 (1044)
Статьи: раздел 5 (1001)
Статьи: раздел 6 (1000)
Статьи: раздел 7 (1000)
Статьи: раздел 8 (1013)
Статьи: раздел 9 (1000)
Статьи: раздел 10 (1000)
Статьи: раздел 11 (329)
Статьи: раздел 12 (1000)
Статьи: раздел 13 (730)
Лента новостей

Близкие контакты на острове Уидби

В Солнечной системе не хватает планеты

Звездные перемычки нарушают все правила

Луна и паровая атмосфера создали рецепт жизни

Лунный посадочный модуль прошёл сложное испытание

Луноходы, реголит, роботы. План освоения Луны

Наблюдения метеорита поступают из Делавэра и Монреаля

Насколько тяжёлой может быть нейтронная звезда

Некоторые уфологи недовольны Трампом

Новая группа экспертов по НЛО

Поверхность Цереры гораздо сложнее, чем считалось

Происхождение астероида Камооалева сомнительно

Пролили новый свет на поиски обитаемых миров

Прямое наблюдение формирующейся экзопланеты

Пугающая теория о передовом оружии

Редкий метеорит доказал существование древней планеты

Розеттский камень для загадочных космических сигналов

Странные инциденты происходят по всему миру

Экзопланеты с самым длительным периодом обращения

Являются ли чёрные дыры просто обычными аномалиями

Встреча с НЛО привела к экстрасенсорным сообщениям

Движущиеся валуны долины Смерти

Документы Маджестик-12 подлинные

Инопланетяне не посещали Землю

Китай и Россия провели обратное проектирование НЛО

Конференция по НЛО пройдет недалеко от авиабазы

Космические станции с искусственной гравитацией

Критическое мышление и близкие контакты с НЛО

Люди готовы и требует показать инопланетянина

Мужчина 35 лет охотится на Лох-Несское чудовище

Насколько серьёзно следует относиться к НЛО

Представляют ли подводные НЛО реальную угрозу

Просто покажите инопланетянина

Размышления уфолога Мантла об НЛО

Россия и Китай запускают гонку внеземных вооружений

Становимся ли мы свидетелями конца секретности НЛО

Странные решения портят триллер Спилберга об НЛО

Тайна секретных брифингов по НЛО

Уотергейтский скандал, убийство Кеннеди и тайна НЛО

Что общего у Чарльза Деллшау и Ингерсолла Локвуда

Астрофизик призывает показать инопланетянина

Врата с гигантскими распятиями над Шварцвальдом

Земля могла заразить жизнью подледный океан Европы

История изменившая уфологию

Мечта о полёте к соседним звёздам

Нейроинтерфейс вернули пациенту речь и работу

НЛО десятками летали над СССР

НЛО над СССР, Зимбабве и США

Ноев ковчег наконец-то найден

Ограничения на число разумных цивилизаций

Певица ищет у экстрасенсов ответ о своей связи с НЛО

Расшифровали древнюю табличку с заклинаниями

Солнечная система не проверена на техносигнатуры

Спутник сам обнаружил искомый объект

Тайная сестра Стоунхенджа

Титан признали гигантским складом ресурсов

ФБР расследовало появление летающей картошки

ЦРУ сообщало об НЛО над Сары-Шагане

Череп пропавшей учёной раскрывает новую зацепку

Экзопланета с дождями из рубинов и сапфиров

Белый дом формирует научную группу по изучению НЛО

Добыча кислорода из лунной почвы

Заявления Спилберга о присутствии инопланетян

Как рассмотреть нашу Вселенную

Лаборатория естественной химии у протозвезд

Медицинские системы для Луны и Марса

Министерство обороны скрывает детали об НЛО

Мощный НЛО обнаружен в далекой черной дыре

Наблюдение НЛО в форме гигантской картофелины

Наше представление о календаре майя

Неразгаданные тайны Стоунхенджа

От морского дна до Марса

Сверхмассивные чёрные дыры - крупнейшие колыбели планет

Способ оценки масс новорожденных планет

Стремиться ли к Луне

Суперконтинент сделал из Земли снежный ком

Ученые обновляют план первого контакта

Фильм Спилберга об НЛО основан на достоверных данных

Хронология древних океанов Марса

Черная дыра образовалась раньше своей галактики

Артефакты на фотографии марсохода Кьюриосити

Белый дом опубликовал новые файлы с НЛО

Брифинг НАСА о инопланетной звездной базе

В архивах Ватикана нет записей об НЛО

В куклу вселился призрак собаки

Внутри особняка с привидениями в Денвере

Военные отслеживали антигравитационные технологии

Все cвидетельства путешествий во времени

Инопланетяне уже посещали Землю

НЛО над главным аэропортом Зимбабве

НЛО отслеживается самолетом ВВС США

НЛО пролетел по небу над Индией

Оранжевая сфера повергла рыбака в шок

Пентагон опубликовал 72 новых файла об НЛО

Путешественник во времени времен Второй мировой войны

Режиссер Стивен Спилберг заявляет, что мы не одиноки

Светящийся шар запустил рой загадочных объектов

Существование путешествий во времени

Убедитесь в реальности путешествий во времени

Черный шар засеивает облака дронами

Брифинг НАСА о инопланетной звездной базе на Луне

Где же все черные дыры промежуточной массы

Давно скрытые секреты выходят на свет

Диски, светящиеся шары и картофелина

Древние изменения климата Марса

Замечен всплеск наблюдений красных шаров

Исключение темной энергии из уравнения

Китай и Россия обладают сбитыми НЛО

Конференция по НЛО пройдет в Канаде

Красные карлики пожирают планеты, похожие на Землю

Лунные базы сталкиваются с невидимой угрозой

Новый телескоп может обнаружить 100 000 миров

Окончательная перепись близких звёздных систем

Почему первые галактики прекратили звездообразование

Размытые видеозаписи и никаких фактов

Странное квантовое свойство изолятора будущего

Триллер Стивена Спилберга об НЛО всех покорил

Туристы запечатлели яркий треугольный НЛО

Файлы об НЛО разжигают панику на Земле

Фильм Стивена Спилберга об НЛО бьёт рекорды

Эволюция городской мобильности. Все об электросамокатах

Встреча с инопланетянами в Розуэлле

За кулисами печально известного интервью Груша

Загадочная картофелина над Колорадо

Инопланетный корабль был всего лишь светом

Инопланетян по-прежнему нет

Наблюдения таинственных шаров

Недавно опубликованное досье Пентагона об НЛО

Новое внимание к исчезновению генерал-майора

Новые файлы НЛО могут содержать угрозу безопасности

Последние мгновения перед исчезновением генерала

Правительства скрывают правду об инопланетянах

Прозрачный НЛО искривил пространство

Разоблачитель НЛО заявляет о секретных расходах

Рецензия на фильм Стивена Спилберга

Сообщения о светящихся красных шарах

Странные огни, но мало неопровержимых фактов

США публикуют третью порцию файлов об НЛО

Трамп обнародовал третью порцию файлов об НЛО

Угрожает ли Вере раскрытие НЛО

Шкала сообщений об НЛО, заслуживающих изучения

Большинство американцев верят в НЛО

Вращающиеся диски и светящиеся шары

Время существует не везде

Инопланетяне могут существовать

Инопланетяне на чемпионате мира

Опубликованы новые файлы об НЛО

Официальные лица США приблизились к тайне НЛО

Пентагон опубликовал третью партию файлов об НЛО

Плазменные шары в центре внимания

Появление НЛО над Зимбабве летом 2008 года

Публичное раскрытие администрации Трампа

Пять сообщений правоохранительных органов о НЛО

Светящиеся шары на северо-востоке США

Создали ядерные шаровые молнии в лаборатории

США публикуют третью партию файлов об НЛО

Третья партия файлов об НЛО

Уфологические файлы Пентагона содержат видеозаписи

Фильм, который стоит посмотреть перед Днем раскрытия

Христианство совместимо с концепцией НЛО

Шаровые НЛО над северо-востоком США

Реальные истории, которые легли в основу фильмов ужасов

Артефакт обнаружен на фото марсохода

База инопланетян в районе северного полюса Луны

Восемь инопланетных существ, описанных властями

Грибы на Марсе сделают реголит плодородным

Загадочный водяной лед Меркурия

Замаскированный НЛО направляется к району ранчо Скинуокер

Инвестор ищет возможности, связанные с НЛО

Инопланетяне как никогда близки

Кладезь данных о гравитационных волнах

Марс может помочь нам понять маргинальные экзопланеты

Невероятный научно-фантастический мини-сериал

Новый опрос проливает свет на убеждения американцев

Обнаружена трижды затменная система звёзд

Одержимость Стивена Спилберга инопланетянами

Пилот видел НЛО размером больше авианосца

Правительственные секреты об инопланетянах

Привел ли инцидент в Варгинье к обнаружению инопланетян

Реальные доказательства или мистификация

Светящийся шар завис над городом

Умирающая звезда создала Хрустальный Шар

Величайшее сокрытие информации в истории США

День раскрытия информации хочет, чтобы вы поверили

Доказательство реальности путешествий во времени

Как использовать лунные ресурсы

Наверх
Яндекс.Метрика