"Тъмните" електрони в твърдите материали могат да ни помогнат да научим повече за поведението на високотемпературните свръхпроводници, а може би и да разрешим други загадки в материалознанието.
Повечето от свойствата на един материал, като например колко лесно провежда електричество или отразява светлина, се определят от движението на неговите електрони. Един от начините за определяне на тези свойства е спектроскопията - облъчване на материала със светлина и анализ на спектъра на отразената светлина, за да се установи кои честоти са погълнати или отразени.
Защо най-накрая сме на крачка от свръхпроводник със стайна температура
Но спектроскопията не може да покаже цялата история. При някои прости атоми и молекули не всички електрони се виждат в спектъра, въпреки че те продължават да влияят на физичните им свойства. Изследователите са установили, че тези така наречени „тъмни състояния“ се появяват само когато електроните имат ясно изразени различни енергии, което им позволява да интерферират и да анулират сигнала помежду си. Но в твърдо тяло, където има много различни електрони, които не могат лесно да бъдат разделени по този начин, се смяташе, че тези тъмни състояния не съществуват.
Сега Кюн Су Ким (Keun Su Kim) от Университета Йонсей в Южна Корея и колегите му показват, че това не е така, откривайки тези скрити електрони в много по-сложни материали, включително оловен перовскит, който е кристал, използван за слънчеви батерии, и високотемпературен свръхпроводник от бисмут и мед. „Това е много повече от просто идентифициране на нещо неоткриваемо, защото тъмните състояния, въпреки че не можем да ги видим, все пак съществуват, което означава, че те влияят на физиката [на материала]“, отбелязва Ким.
Ким и екипът му за първи път идентифицират тъмните състояния в кристал, наречен паладиев диселенид, който избират заради уникалната му структура. Кристалът има два повтарящи се модела от атоми, състоящи се от атом на паладий, заобиколен от четири атома на селен, които са леко завъртени един спрямо друг в целия материал. Когато измерват този кристал с помощта на спектроскопия, те откриват липсващи пропуски в получения спектър, които не са предсказани от стандартните теории, което показва наличието на тъмни състояния.
Екипът установил, че двата повтарящи се модела на атомите означават, че електроните от различните елементи се разделят достатъчно, за да могат да си пречат. Изследователите разработиха модел за предсказване на енергиите на електроните, който включва този ефект, и след това го използваха, за да предскажат, че те би трябвало да се появят и в материали с подобна структура, като оловен перовскит и бисмутов и меден свръхпроводник. Когато след това тестват тези материали със спектроскопия, наистина откриват тъмни състояния.
Тези скрити електрони биха могли да помогнат за разрешаването на дългогодишен дебат в опитите да се разбере защо някои материали се оказват свръхпроводници, които позволяват протичането на електричество без съпротивление, при много по-високи температури, отколкото предвижда стандартната теория. Едно от възможните решения бяха загадъчните липсващи енергии на електроните, открити в свръхпроводниците, но нямаше очевидна причина за това. Сега, когато те могат да бъдат обяснени, заявява Ким, това ще ни помогне да разработим по-добри модели, които в крайна сметка биха могли да се използват за намиране на нови свръхпроводящи материали.
Справка: Discovery of 'dark' electrons could explain how superconductors work, New Scientist
Още по темата
Физика
Съкровището на р. Мияс в Русия - неконвенционален природен свръхпроводник
Скептик
Скандалът със свръхпроводимостта: История за измама на една изгряваща звезда
Физика
Високотемпературните свръхпроводящи магнити са готови за синтез, показват тестовете
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари