วัสดุที่ปกติเป็นฉนวนจะจัดการอย่างไรให้นำไฟฟ้าได้โดยไม่มีความต้านทาน นักฟิสิกส์ถกเถียงกันในคำถามพื้นฐานนี้เกี่ยวกับคัพเรต ซึ่งเป็นสารประกอบเซรามิกที่ประกอบด้วยชั้นของทองแดงและอะตอมของออกซิเจน แทรกซ้อนกับอะตอมของธาตุอื่นๆ มานานกว่าสามทศวรรษแล้วและยังไม่ได้คำตอบที่น่าพอใจ อย่างไรก็ตาม ขณะนี้ นักวิจัยในสหรัฐฯ ได้นำเสนอแบบจำลองที่อย่างน้อยก็ให้เบาะแสว่า
คำตอบ
ดังกล่าวอาจมีลักษณะอย่างไร โดยอิงจากการศึกษาของถ้วยที่เรียกว่า “กินมากเกินไป” ในปี 1986 ค้นพบว่าด้วยการปรับแต่งองค์ประกอบทางเคมีพวกเขาสามารถสร้างตัวนำยิ่งยวดของวัสดุที่เป็นฉนวนตามปกติได้ ยิ่งไปกว่านั้น อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดของคัพเรตเจือเจือนั้นสูงเกินกว่าอุณหภูมิ
ของตัวนำยิ่งยวดที่เป็นโลหะซึ่งเป็นที่รู้จักก่อนหน้านี้ ซึ่งหมายความว่าทฤษฎี ที่กำหนดขึ้นของตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิต่ำจะต้องไม่สมบูรณ์ การค้นพบนี้ทำให้เกิดความตื่นเต้นอย่างมากและการศึกษาที่ตามมาก็ประสบความสำเร็จในการผลักดันอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดของคัพเรตให้สูง
ถึงประมาณ 150K เมื่อเร็ว ๆ นี้ วัสดุอื่น ๆ เช่น ไฮไดรด์ที่มีความดันสูงมาก ถูกพบว่าเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงขึ้นไปอีก ถึงกระนั้น ความฝันเกี่ยวกับตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องยังคงเป็นสิ่งที่เข้าใจยาก และนักฟิสิกส์ยังคงไม่เห็นด้วยกับทฤษฎีที่จะอธิบายแหล่งที่มาของความเป็นตัวนำยิ่งยวดของคัพเรต
กระโดดอิเล็กตรอน การศึกษาหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่าตัวนำยิ่งยวดจับตัวกันเมื่ออิเล็กตรอนของพวกมันกระโดดจากอะตอมทองแดงหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอิเล็กตรอนผลักกันอย่างรุนแรง พวกมันจึงมักมีอยู่ในรูปแบบคงที่ โดยมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวอยู่ในแต่ละอะตอม
ซึ่งไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ ดังนั้น Cuprates ที่ไม่ถูกเจือปนจึงยังคงอยู่ในสถานะฉนวนป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่รู้จักกันในชื่อฉนวน Mott โดยมีอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้เคียงมีการหมุนของแม่เหล็กตรงกันข้าม เมื่อคัพเรตถูกเจือด้วยอะตอมของธาตุอื่นๆ เช่น แลนทานัม สตรอนเทียม
หรืออิตเทรียม
อิเล็กตรอนบางส่วนจะถูกแทนที่ด้วยรู ทำให้อิเล็กตรอนที่เหลือไหลโดยไม่มีการต้านทาน แม้ว่าการเติมสารเจือปนมากเกินไปและผลกลับตรงกันข้าม: เกินความเข้มข้นเฉพาะของอะตอมของสารเจือปน อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของคัพเรตจะลดลงจนกระทั่งกลายเป็นโลหะในที่สุด
การวิจัยล่าสุดมุ่งเน้นไปที่ถ้วยที่ “มากเกินไป” เหล่านี้ นำเสนอแบบจำลองที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อประนีประนอมผลการทดลองที่ขัดแย้งกัน พฤติกรรมที่ขัดแย้งกันตามทฤษฎี BCS โลหะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวดเมื่ออิเล็กตรอนเอาชนะแรงผลักซึ่งกันและกันได้บางส่วนโดยสร้างสิ่งที่เรียกว่าคู่คูเปอร์
คู่เหล่านี้เกิดขึ้นจากการสั่นสะเทือนในโครงตาข่ายคริสตัลโลหะ เมื่ออิเล็กตรอนตัวหนึ่งดึงไอออนที่เคลื่อนที่ช้ากว่าเข้าหามันขณะที่มันผ่านโครงตาข่าย มันจะสร้างประจุบวกที่มีความเข้มข้นเล็กน้อย จากนั้นดึงอิเล็กตรอนอีกตัวเข้ามาด้านหลัง เนื่องจากอิเล็กตรอนเป็นเฟอร์มิออน
จึงเป็นไปตามหลักการกีดกันของเพาลี โดยก่อตัวเป็นก๊าซเฟอร์มีซึ่งระดับพลังงานของระบบเติมจากล่างขึ้นบนด้วยอิเล็กตรอนหนึ่งตัวต่อแลตทิซไซต์และสปิน ขอบเขตระหว่างระดับพลังงานที่ถูกครอบครองสูงสุดและระดับถัดไปเรียกว่าพื้นผิวแฟร์มี และอิเล็กตรอนที่ก่อตัวเป็นคูเปอร์คูเปอร์จะอยู่ใกล้พื้นผิวนี้มาก
ที่สุดในตัวนำยิ่งยวดที่เป็นโลหะ อิเล็กตรอนทั้งหมดมีส่วนทำให้เกิดตัวนำยิ่งยวด ไม่ใช่แค่ตัวนำยิ่งยวดที่จับกันเป็นคู่คูเปอร์ ในทางปฏิบัติ หมายความว่าความหนาแน่นของอิเล็กตรอนตัวนำยิ่งยวดควรใกล้เคียงกับความหนาแน่นของอิเล็กตรอนโดยรวม อย่างไรก็ตาม ในปี 2559 และเพื่อนร่วมงาน
ในสหรัฐอเมริกาได้แสดงให้เห็นว่านี่ไม่ใช่กรณีของการดื่มถ้วยมากเกินไป หลังจากคิดค้นวิธีใหม่ในการเตรียมคอปเปอร์ออกไซด์ที่เจือมากเกินไป (ซึ่งไม่เสถียรทางเคมี) พวกเขาพบว่าความหนาแน่นของอิเล็กตรอนตัวนำยิ่งยวดในวัสดุเหล่านี้ต่ำกว่าที่คาดไว้จากทฤษฎี BCS มาก
อธิบายความเหลื่อมล้ำ โมเดลใหม่พยายามอธิบายความแตกต่างนี้ ในการทำเช่น นี้ได้รับแรงบันดาลใจจากผลงานของนักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่นในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ได้เสนอวิธีที่จะเอาชนะความขัดแย้งที่เห็นได้ชัดระหว่างสถิติของก๊าซ Fermi (ซึ่งกำหนดให้มีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวต่อตำแหน่งแลตทิซและสปิน)
และฉนวน
(ซึ่งให้อิเล็กตรอนเพียงหนึ่งตัวในแต่ละตำแหน่ง) วิธีแก้ปัญหาของพวกเขาคือแนะนำสิ่งที่เป็นผล อันตรกิริยาที่น่ารังเกียจแบบใหม่ที่ห้ามไม่ให้อิเล็กตรอนสองตัวที่มีสปินตรงข้ามกันครอบครองสถานะโมเมนตัมเดียวกันและเพื่อนร่วมงาน ได้แก้ไขแบบจำลองนี้โดยเพิ่มปฏิสัมพันธ์เพิ่มเติมที่ดึงอิเล็กตรอนเข้าด้วยกัน
และการดัดแปลงของกลุ่ม ทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ใหม่ระหว่างอิเล็กตรอน ในขณะเดียวกันก็อธิบายอิเล็กตรอนเหล่านั้นว่าเป็นคลื่นมากกว่าอนุภาค ยอมรับว่าเป็นการยากที่จะมองว่ามันเป็นคำอธิบายทางกายภาพที่แท้จริงของสิ่งที่เกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม เขาชี้ให้เห็นว่าปัญหาที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นในทฤษฎี
ที่ได้รับการยอมรับอย่างดีของซึ่งอธิบายฮีเลียม-3 และระบบอื่นๆ ในแง่ของเฟอร์มิออนที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรง ดังที่อธิบาย แผนการ อาศัยหลักฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งเกี่ยวข้องกับอนุภาคควอซิพีลาร์ที่รวมตัวกันสูง เขาสรุปว่าอาจต้องใช้ตรรกะที่คล้ายกันเพื่อทำความเข้าใจกับถ้วยที่เจือมากเกินไป
“แม้ว่าเรื่องไร้สาระในระดับจุลทรรศน์” เขากล่าว “ปฏิสัมพันธ์ อาจเกิดขึ้นในกระบวนการรวบรวมเพื่อกลายเป็นตัวอักษรในระดับมหภาคในที่สุด”เพื่อสร้างคู่ ตามที่พวกเขารายงานแบบจำลองนี้มีพื้นผิว แต่ยังมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ที่ลดลงมากเมื่อเทียบกับก๊าซปกติ ทำให้สอดคล้องกับการสังเกตและเพื่อนร่วมงาน
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
