Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Magnetyzm i nadprzewodnictwo w jednym
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
UWAGA: artykuł opisujący te badania został wycofany z Nature w związku z podejrzeniami o manipulowanie danymi.
Naukowcy z University of Rochester poinformowali o osiągnięciu nadprzewodnictwa w temperaturze pokojowej. Nadprzewodnictwo to stan, w którym ładunek elektryczny może podróżować przez materiał nie napotykając żadnych oporów. Dotychczas udawało się je osiągnąć albo w niezwykle niskich temperaturach, albo przy gigantycznym ciśnieniu. Gdyby odkrycie się potwierdziło, moglibyśmy realnie myśleć o bezstratnym przesyłaniu energii, niezwykle wydajnych silnikach elektrycznych, lewitujących pociągach czy tanich magnesach do rezonansu magnetycznego i fuzji jądrowej. Jednak w mamy tutaj nie jedną, a dwie łyżki dziegciu.
O nadprzewodnictwie wysokotemperaturowym mówi się, gdy zjawisko to zachodzi w temperaturze wyższej niż -196,2 stopni Celsjusza. Dotychczas najwyższą temperaturą, w jakiej obserwowano nadprzewodnictwo przy standardowym ciśnieniu na poziomie morza jest -140 stopni C. Naukowcy z Rochester zaobserwowali nadprzewodnictwo do temperatury 20,6 stopni Celsjusza. Tutaj jednak dochodzimy do pierwszego „ale“. Zjawisko zaobserwowano bowiem przy ciśnieniu 1 gigapaskala (GPa). To około 10 000 razy więcej niż ciśnienie na poziomie morza. Mimo to mamy tutaj do czynienia z olbrzymim postępem. Jeszcze w 2021 roku wszystko, co udało się osiągnąć to nadprzewodnictwo w temperaturze do 13,85 stopni Celsjusza przy ciśnieniu 267 GPa.
Drugim problemem jest fakt, że niedawno ta sama grupa naukowa wycofała opublikowany już w Nature artykuł o osiągnięciu wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa. Powodem był użycie niestandardowej metody redukcji danych, która została skrytykowana przez środowisko naukowe. Artykuł został poprawiony i obecnie jest sprawdzany przez recenzentów Nature.
Profesor Paul Chig Wu Chu, który w latach 80. prowadził przełomowe prace na polu nadprzewodnictwa, ostrożnie podchodzi do wyników z Rochester, ale chwali sam sposób przeprowadzenia eksperymentu. Jeśli wyniki okażą się prawdziwe, to zdecydowanie mamy tutaj do czynienia ze znaczącym postępem, dodaje uczony.
Z kolei James Walsh, profesor chemii z University of Massachusetts przypomina, że prowadzenie eksperymentów naukowych w warunkach wysokiego ciśnienia jest bardzo trudne, rodzi to dodatkowe problemy, które nie występują w innych eksperymentach. Stąd też mogą wynikać kontrowersje wokół wcześniejszej pracy grupy z University of Rochester.
Ranga Dias, który stoi na czele zespołu badawczego z Rochester zdaje sobie sprawę, że od czasu publikacji poprzedniego artykułu jego zespół jest poddawany bardziej surowej ocenie. Dlatego też prowadzona jest polityka otwartych drzwi. "Każdy może przyjść do naszego laboratorium i obserwować, jak dokonujemy pomiarów. Udostępniliśmy recenzentom wszystkie dane", dodaje. Uczony dodaje, że podczas ponownego zbierania danych na potrzeby poprawionego artykułu współpracowali z przedstawicielami Argonne National Laboratory oraz Brookhaven National Laboratory. Dokonywaliśmy pomiarów w obecności publiczności, zapewnia.
Materiał, w którym zaobserwowano nadprzewodnictwo w temperaturze ponad 20 stopni Celsjusza, to wodorek lutetu domieszkowany azotem. Profesor Eva Zurek ze State University of New York mówi, że potrzebne jest niezależne potwierdzenie wyników grupy Diasa. Jeśli jednak okaże się, że są one prawdziwe, uczona uważa, że opracowanie nadprzewodnika ze wzbogaconego azotem wodorku lutetu pracującego w temperaturze pokojowej lub opracowanie technologii nadprzewodzących pracujących przy umiarkowanym ciśnieniu powinno być stosunkowo proste.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W tzw. magnetyczny grafenie zauważono nieznany dotychczas rodzaj magnetyzmu. Jego odkrycie pomoże lepiej zrozumieć zjawisko nadprzewodnictwa w tym niezwykłym materiale. Odkrycia dokonali naukowcy z University of Cambridge, którym udało się kontrolować przewodnictwo i magnetyzm tiofosforanu żelaza (FePS3), dwuwymiarowego materiału, który gdy jest ściskany zmienia swoje właściwości z izolujących po przewodzące.
Brytyjczycy, wykorzystując wysokie ciśnienie, wykazali,, co dzieje się w magnetycznym grafenie podczas przejścia z izolatora do przewodnika oraz w jego stanie metalicznym. Badania wykazały, że podczas przechodzenia w metal materiał nie traci swoich właściwości magnetycznych. Może to być wskazówką, jak działa przewodnictwo elektryczne w metalach. Nowo odkryta faza magnetyczna może być prekursorem nadprzewodnictwa, zatem odkrycie może mieć kolosalne znacznie dla zrozumienia teo zjawiska.
Autorzy badań sugerują też metodę przygotowywania materiału tak, by był zarówno przewodnikiem, jak i wykazywał właściwości magnetyczne, co może być przydatne w rozwoju nowych technologii np. spintroniki.
Wiemy, że właściwości materii mogą ulegać znaczącym zmianom pod wpływem zmian w strukturze atomowej i jej organizacji przestrzennej. Na przykład grafen, diament, węglowe nanorurki i grafit wszystkie są zbudowane z atomów węgla, jednak dzięki różnej strukturze mają odmienne właściwości.
Wyobraźmy sobie, że możemy zmienić wszystkie te właściwości dodają magnetyzm. Materiał, który były elastyczny pod względem mechanicznym i pozwoliłby na utworzenie nowych obwodów służących przechowywaniu informacji i przeprowadzaniu obliczeń. To dlatego właśnie materiały te są tak interesujące. Gdy poddamy je wysokiemu ciśnieniu możemy w sposób kontrolowany zmieniać ich zachowanie, mówi główny autor badań, Matthew Coak z Cavendish Laboratory na University of Cambridge.
Już podczas wcześniejszych badań Sebastian Haines z Cavendish Laboratory stwierdził, że tiofosforan żelaza poddany wysokiemu ciśnieniu zmienia się metal. Opisał też jego strukturę krystaliczną oraz zachodzące w niej zmiany. Brakowało jednak badań nad magnetyzmem, stwierdza Coak. Jako, że nie istniała żadna technika, która pozwalałaby badać magnetyzm w tym materiale przy tak wysokim ciśnieniu, musieliśmy opracować własną metodę, dodaje.
Zespół Coaka, po opracowaniu odpowiedniej techniki, zaczął przyglądać się, co dzieje się z magnetyzmem FePS3 poddawanemu coraz większemu ciśnieniu. Ku naszemu zdumieniu właściwości magnetyczne zostały zachowane, nawet w pewien sposób uległy wzmocnieniu. To niespodziewane zjawisko, gdyż nowe swobodnie poruszające się elektrony w nowym materiale przewodzącym nie mogą być już ściśle związane ze swoimi atomami żelaza, tworząc tam moment magnetyczny.
Nie wiemy dokładnie, co dzieje się tam na poziomie kwantowym, ale możemy tym manipulować. Otworzyliśmy drzwi, przez które możemy podejrzeć pewne właściwości, ale jeszcze nie wiemy, co to za właściwości, mówi doktor Siddharth Saxena.
Szczegóły badań zostały opisane w artykule Emergent Magnetic Phases in Pressure-Tuned van der Waals Antiferromagnet FePS3.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z CeNT UW we współpracy z badaczami z Polski, Włoch i Chin jako pierwsi oszacowali temperaturę, w jakiej mogą pracować nadprzewodniki oparte o związki srebra i fluoru. Uzyskana wartość jest bliska 200 K (-73 °C), czyli znacząco więcej niż 135 K (-138 °C) dla dotychczasowych rekordzistów – związków miedzi i tlenu. O badaniach można przeczytać w czasopiśmie Physical Review Materials.
Prof. Wojciech Grochala wraz ze swoją grupą badawczą z Centrum Nowych Technologii UW od lat zajmuje się nowymi kandydatami na związki przewodzące prąd elektryczny bez oporu, czyli tzw. nadprzewodniki. Najlepszym z kandydatów jest fluorek srebra(II) (AgF2).
Jest on bardzo podobny do nadprzewodników opartych o tlenki miedzi, ale występują też pewne różnice, które uniemożliwiają otrzymanie stanu nadprzewodzącego – tłumaczy prof. Grochala.
Jedną z tych różnic jest struktura atomowa – w nadprzewodnikach miedziowych występują płaskie warstwy tlenku miedzi, a powstające dzięki temu silne oddziaływania magnetyczne są uważane za kluczową cechę umożliwiającą nadprzewodnictwo.
W strukturze fluorku srebra(II) warstwy srebra i fluoru są jednak pofałdowane, co znacznie zmniejsza siłę oddziaływań magnetycznych – wyjaśnia prof. Haibin Su z Hong Kongu, współpracujący z polskim zespołem.
Badacze znaleźli jednak sposób by rozwiązać problem. W publikacji powstałej we współpracy naukowców z Polski, Włoch i Chin, wydanej na łamach czasopisma Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego „Physical Review Materials”, prezentują oni teoretyczny model, w którym otrzymanie płaskich warstw AgF2 jest możliwe poprzez osadzenie ich na stałym podłożu o określonym składzie i strukturze.
Wybór odpowiedniego materiału jako podłoża „narzuca” osadzonemu na nim AgF2 płaską geometrię, co sprawia, że oddziaływania magnetyczne są dużo silniejsze, niż w krystalicznym AgF2 – wyjaśnia dr Adam Grzelak z CeNT UW, dodając: W nanotechnologii nazywamy to epitaksjalnym osadzaniem cienkich warstw.
Szacujemy, że oddziaływania te będą niemal dwukrotnie silniejsze, niż w tlenkach miedzi, co z kolei ma szanse przełożyć się na półtorakrotnie wyższą temperaturę nadprzewodnictwa – mówi członek zespołu badawczego, prof. José Lorenzana z Włoch. Nakowiec zaznacza, że uzyskana wartość temperatury jest rekordowo wysoka, co umożliwiłoby stosowanie tanich chłodziw do zabezpieczenia działania nowych nadprzewodników.
Następnym krokiem będzie weryfikacja tego modelu z użyciem istniejących technik eksperymentalnych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Jeszcze w latach 90. ubiegłego wieku producenci procesorów rywalizowali ze sobą, prześcigając się taktowaniu układów coraz szybszymi zegarami. Jednak od 10 lat prędkość zegarów praktycznie nie uległa zmianie. Zwiększanie częstotliwości ich pracy oznacza bowiem znaczny wzrost temperatury układu i problemy z jego schłodzeniem.
Teraz uczeni z MIT-u we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu w Augsburgu zaobserwowali nowe zjawisko fizyczne, które może przyczynić się do powstania tranzystorów ze znacząco większą pojemnością elektryczną. To z kolei otwiera drogę do przyspieszenia pracy zegara.
Obecne tranzystory korzystają z bramek, pod którymi, po przyłożeniu napięcia, gromadzą się elektrony. Pojemność elektryczna mierzy ile ładunków zbiera się pod bramką dla danego napięcia. Z kolei ilość energii, jakiej potrzebuje układ do pracy i ilość wydzielanego przezeń ciepła są proporcjonalne do napięcia na bramce. Zmniejszając napięcie zmniejszymy ilość ciepła powstającego w czasie pracy, co z kolei pozwoli na zwiększenie taktowania zegara.
Profesor Raymond Ashoori oraz Lu Li z MIT-u wraz z Christophem Richterem, Stefanem Paetlem, Thilo Koppem i Hochenem Mannhartem z Uniwersytetu w Augsburgu szczegółowo badali system składający się z glinianu lantanu wyhodowanego na podłożu z tytanianu strontu. Glinian lantanu zbudowany jest z naprzemiennych warstw tlenku lantanu i tlenku glinu. Tlenek lantanu ma niewielki ładunek dodatni, a tlenek glinu - niewielki ujemny. W efekcie powstaje w nim seria pól elektrycznych, tworzących potencjał pomiędzy górną a dolną częścią materiału.
W normalnych warunkach wspomniane tlenki są bardzo dobrymi izolatorami. Amerykańsko-niemiecki zespół wyszedł jednak z założenia, że jeśli glinian lantanu będzie odpowiednio cienki, to jego potencjał elektryczny wzrośnie do tego stopnia, że elektrony zaczną przesuwać się z góry do dołu, w kierunku podłoża z tytanianu strontu. W efekcie powstałby kanał przewodzący, podobny do tego, jaki powstaje w półprzewodnikowych tranzystorach po przyłożeniu napięcia.
Naukowcy postanowili zatem zmierzyć pojemność elektryczną pomiędzy takim kanałem a bramką na górze warstwy glinianu lantanu.
Wyniki ich zaskoczyły. Niezwykle mała zmiana napięcia spowodowała znaczący przyrost ładunku w kanale pomiędzy oboma materiałami. „Kanał zassał ładunek jak próżnia. A całość działa w temperaturze pokojowej, co wprawiło nas w osłupienie" - mówi Ashoori.
Pojemność elektryczna materiału okazała się tak duża, że uczeni sądzą, iż nie da się jej wyjaśnić na gruncie obecnych teorii fizycznych. Obserwowaliśmy coś podobnego w półprzewodnikach. Jednak działo się to w bardzo czystej próbce, a efekt był bardzo słaby. Tutaj mamy niezwykle zanieczyszczoną próbkę i kolosalny efekt - mówi Ashoori i przyznaje, że nie wie, dlaczego jest on tak silny. Może to jakiś nowy efekt z dziedziny mechaniki kwantowej, a może jakaś nieznana nam właściwość fizyczna materiału - mówi.
Profesor Jean-Marc Triscone z Uniwersytetu w Genewie, którego zespół specjalizuje się w badania połączenia glinianu lantanu z tytanianem strontu zauważa, że od lat istnieją wzory na obliczanie pojemności elektrycznej oraz metody jej dostosowywania do potrzeb, które są wykorzystywane w przemyśle. To co pokazał MIT dowodzi, że zasady te muszą zostać zmodyfikowane - stwierdził uczony.
Nie ma jednak róży bez kolców. Mimo, że w badanym systemie dochodzi do olbrzymiej zmiany ilości ładunku dzięki minimalnej zmianie napięcia, to ładunek ten przesuwa się bardzo wolno. Zbyt wolno jak na potrzeby współczesnych układów scalonych.
Niewykluczone, że dzieje się tak, gdyż użyto bardzo zanieczyszczonych próbek. Czystsze materiały mogą przyspieszyć przesuwania się ładunku. Ponadto, jeśli naukowcom uda się zrozumieć, na czym polega nowo odkryte zjawisko, być może będą w stanie odtworzyć je w innych materiałach.
Profesor Triscone zauważa też, że wprowadzenie olbrzymich zmian do przemysłu komputerowego - a takimi zmianami byłoby np. zastąpienie krzemu nowym materiałem - spotka się z dużym oporem. Przez dekady przemysł półprzewodnikowy zainwestował tak olbrzymie pieniądze, że przekonać go do czegoś zupełnie nowego mogłaby tylko jakaś przełomowa technologia - stwierdza.
Profesor Ashoori zgadza się z takim poglądem. Nasze odkrycie nie zrewolucjonizuje elektroniki już jutro. Ale teraz wiemy, że taki mechanizm istnieje, a skoro tak to, jeśli go zrozumiemy, będziemy mogli spróbować przystosować go do naszych potrzeb - mówi.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Zdaniem Rafała Oszwaldowskiego i Igora Zutica z University of Bufallo oraz Andre Petukhowa z South Dakota School of Mines and Technology, magnetyzm w najmniejszej skali podlega nieco innym zasadom niż nam się wydaje. Uczeni opublikowali w Physical Review Letters artykuł, w którym prezentują wyliczenia dowodzące, że możliwe jest stworzenie kropki kwantowej o zaskakujących właściwościach.
Magnetyzm materiału jest określany przez spin elektronów. Jeśli w materiale spin większości z nich zwrócony jest w tę samą stronę, materiał posiada właściwości magnetyczne. Elektrony mogą też działać jak „magnetyczni posłańcy", którzy za pomocą własnego spinu wpływają na spin pobliskich atomów.
Według obecnego stanu wiedzy, jeśli spotkają się dwa elektrony o przeciwnych spinach, to ich wpływ na otoczenie będzie się znosił.
Wspomniani powyżej naukowcy twierdzą jednak, że nie wygląda to tak prosto. Ich zdaniem w kwantowych kropkach można zaobserwować pewien szczególny rodzaj magnetyzmu pojawiający się w obecności elektronów o przeciwnym spinie. W swoim artykule opisali oni teoretyczną kropkę kwantową zawierającą dwa elektrony o przeciwnych spinach oraz atomy manganu umieszczone w ściśle określonych miejscach kropki. Elektrony będą tam działały jak „magnetyczni posłańcy", wpływając na spin pobliskich atomów. Z wyliczeń Oszwaldowskiego, Zutica i Petukhova wynika, ze oba elektrony będą w odmienny sposób działały na atomy. Jeden z nich będzie bowiem preferował lokalizację na środku kropki, a drugi na jej obrzeżach. To spowoduje, że atomy manganu znajdujące się w różnych częściach kropki będą podlegały różnemu wpływowi. Ten elektron, który będzie na atomy wpływał silniej „wygra" i dostosuje ich spin do swojego, dzięki czemu kropka nabierze właściwości magnetycznych.
Igor Zutic zauważa, że jeśli obliczenia się potwierdzą, to całkowicie zmienią naszą wiedzę o interakcjach magnetycznych. Uczony dodaje: gdy mamy dwa elektrony o przeciwnych spinach, założenie jest takie, że pomiędzy nimi będzie istniała równowaga, a zatem żadna magnetyczna wiadomość czyli żadne siły nie wpłyną na spin pobliskich atomów manganu. Ale naszym zdaniem tam zachodzi walka. Podstawowe zasady magnetyzmu są dla nas wciąż tajemnicą i skrywają wiele niespodzianek.
Wyliczeniami już zainteresowali się fizycy z University of Bufallo, którzy chcieliby przeprowadzić odpowiednie eksperymenty.
Twierdzenia Oszwaldowskiego, Zutica i Petukhova, o ile się potwierdzą, mogą mieć olbrzymi wpływ na spintronikę oraz te działy nauki i gospodarki, które wykorzystują właściwości magnetyczne - z więc na obrazowanie medyczne, elektronikę czy budowę laserów.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.