Nanotehnoloogia nüüd – pressiteade: Purdue teadlased avastavad, et ülijuhtivad kujutised on tegelikult 3D- ja häiretest tingitud fraktalid

Avaleht > press > Purdue teadlased avastavad, et ülijuhtivad kujutised on tegelikult 3D- ja häiretest tingitud fraktalid

Abstraktne:
Maailma energiavajaduse rahuldamine on jõudmas kriitilisse punkti. Tehnoloogiaajastu jõustamine on tekitanud probleeme kogu maailmas. Üha olulisem on luua ülijuhte, mis suudavad töötada välisõhu rõhul ja temperatuuril. See aitaks oluliselt kaasa energiakriisi lahendamisele.

Purdue teadlased avastavad, et ülijuhtivad kujutised on tegelikult 3D- ja häiretest tingitud fraktalid

West Lafayette, IN | Postitatud 12. mail 2023

Ülijuhtivuse edusammud sõltuvad kvantmaterjalide edusammudest. Kui kvantmaterjalide sees olevad elektronid läbivad faasisiirde, võivad elektronid moodustada keerulisi mustreid, näiteks fraktaale. Fraktal on lõputu muster. Fraktaali sisse suumides näeb pilt samasugune välja. Tavaliselt nähtud fraktaalid võivad olla puu või talvel aknaklaasil härmatis. Fraktalid võivad moodustuda kahemõõtmeliselt, nagu härmatis aknal, või kolmemõõtmelises ruumis nagu puu jäsemed.

Dr Erica Carlson, Purdue ülikooli füüsika ja astronoomia 150. aastapäeva professor, juhtis meeskonda, kes töötas välja teoreetilised meetodid nende elektronide tekitatavate fraktaalkujude iseloomustamiseks, et paljastada mustreid juhtiv füüsika.

Carlson, teoreetiline füüsik, on hinnanud ülijuhis Bi2-xPbzSr2-yLayCuO6+x (BSCO) olevate elektronide asukoha kõrge eraldusvõimega pilte ja tuvastanud, et need kujutised on tõepoolest fraktaalsed ning avastanud, et need ulatuvad kogu kolmemõõtmelisse ruumi. materjali poolt hõivatud, nagu puu täidab ruumi.

See, mida kunagi peeti fraktaalpiltide juhuslikeks dispersioonideks, on sihipärane ja šokeerivalt ei ole tingitud ootuspärasest kvantfaasi üleminekust, vaid häiretest tingitud faasisiirde tõttu.

Carlson led a collaborative team of researchers across multiple institutions and published their findings, titled "Critical nematic correlations throughout the superconducting doping range in Bi2-xPbzSr2-yLayCuO6+x," in Nature Communications.

Meeskonda kuuluvad Purdue teadlased ja partnerasutused. Purduest pärit meeskonda kuuluvad Carlson, dr Forrest Simmons, hiljutine doktorant ning endised doktorandid dr Shuo Liu ja dr Benjamin Phillabaum. Purdue meeskond lõpetas oma töö Purdue Quantum Science and Engineering Institute'is (PQSEI). Partnerasutuste meeskonda kuuluvad dr Jennifer Hoffman, dr Can-Li Song, dr Elizabeth Main Harvardi ülikoolist, dr Karin Dahmen Urbana-Champaigni ülikoolist ja dr Eric Hudson Pennsylvania osariigi ülikoolist.

"Orientatiivsete ("nemaatiliste") domeenide fraktaalmustrite vaatlemine – mille Carlson ja kaastöötajad on nutikalt ekstraheerinud kõrgtemperatuurse kupraat-ülijuhi kristallide pindade STM-kujutistest – on iseenesest huvitav ja esteetiliselt atraktiivne, aga ka olulise tähtsusega. Nende materjalide olulise füüsikaga hakkamasaamisel on oluline osa,” ütleb Stanfordi ülikooli Prabhu Goeli perekonna professor dr Steven Kivelson ja teoreetiline füüsik, kes on spetsialiseerunud kvantmaterjalide uudsetele elektroonilistele olekutele. "Mingil kujul nemaatilise korra, mida tavaliselt peetakse primitiivsema laengutiheduse-lainete järjestuse avatariks, on oletatud, et see mängib kupraatide teoorias olulist rolli, kuid tõendeid selle väite kasuks on varem leitud. parimal juhul kahemõtteline. Carlsoni jt analüüsist järeldub kaks olulist järeldust: 1) Asjaolu, et nemaatilised domeenid näivad fraktaalidena, viitab sellele, et korrelatsiooni pikkus – kaugus, mille jooksul nemaatiline järjestus hoiab koherentsust – on suurem kui katse vaateväli, mis tähendab, et see on teiste mikroskoopiliste kaaludega võrreldes väga suur. 2) Asjaolu, et järjestust iseloomustavad mustrid on samad, mis on saadud kolmemõõtmelise juhusliku välja mudeli Isingi – ühe klassikalise statistilise mehaanika paradigrmaatilistest mudelitest – uuringutest, viitab sellele, et nemaatilise järjestuse ulatuse määrab välise kogused ja et olemuslikult (st kristallide ebatäiuslikkuse puudumisel) oleks sellel veelgi pikemad korrelatsioonid mitte ainult piki pinda, vaid ulatuksid sügavale kristalli põhiosasse.

Kõrge eraldusvõimega kujutisi neist fraktaalidest tehakse hoolikalt Hoffmani laboris Harvardi ülikoolis ja Hudsoni laboris, mis asub praegu Penn State'is, kasutades skaneerivaid tunnelmikroskoope (STM), et mõõta elektrone kupraatülijuhi BSCO pinnal. Mikroskoop skaneerib aatomite kaupa üle BSCO ülemise pinna ja nad leidsid triipude orientatsiooni, mis läksid sama suuna asemel kahes erinevas suunas. Tulemus, mida on näha ülal punase ja sinisena, on sakiline pilt, mis moodustab huvitavaid elektroonilisi triipude orientatsioone.

"Elektroonilised mustrid on keerulised, aukude sees on augud ja servad, mis meenutavad kaunistatud filigraansust," selgitab Carlson. „Fraktaalmatemaatika tehnikaid kasutades iseloomustame neid kujundeid fraktaalarvude abil. Lisaks kasutame faasiüleminekute statistikameetodeid, et iseloomustada selliseid asju, nagu mitu klastrit on teatud suurusega ja kui tõenäoline on, et saidid asuvad samas klastris.

Kui Carlsoni rühm neid mustreid analüüsis, leidsid nad üllatava tulemuse. Need mustrid ei moodustu ainult pinnal nagu lamekihiline fraktal, vaid täidavad ruumi kolmes mõõtmes. Selle avastuse simulatsioonid viidi läbi Purdue ülikoolis, kasutades Purdue superarvuteid Rosen Center for Advanced Computingis. Harvardis ja Penn State'is mõõdeti viie erineva dopingutaseme proove ning tulemus oli kõigi viie proovi puhul sarnane.

Illinoisi (Dahmen) ja Purdue (Carlson) ainulaadne koostöö tõi korratu statistilise mehaanika klastritehnikad kvantmaterjalide, näiteks ülijuhtide valdkonda. Carlsoni rühm kohandas tehnikat kvantmaterjalide jaoks, laiendades teist järku faasiüleminekuteooriat kvantmaterjalide elektroonilistele fraktaalidele.

"See viib meid sammu võrra lähemale kupraatülijuhtide tööpõhimõtete mõistmisele," selgitab Carlson. "Selle ülijuhtide perekonna liikmed on praegu kõige kõrgema temperatuuriga ülijuhid, mis ümbritseval rõhul juhtuvad. Kui saaksime ülijuhte, mis töötavad ümbritseva rõhu ja temperatuuri juures, saaksime energiakriisi lahendamisel kaugele jõuda, sest praegu elektroonika juhtimiseks kasutatavad juhtmed on pigem metallid kui ülijuhid. Erinevalt metallidest kannavad ülijuhid voolu suurepäraselt ilma energiakadudeta. Teisest küljest kasutavad kõik väliselektriliinides kasutatavad juhtmed metalle, mis kaotavad energiat kogu voolu kandmise aja jooksul. Ülijuhid pakuvad huvi ka seetõttu, et neid saab kasutada väga kõrgete magnetväljade tekitamiseks ja magnetiliseks levitatsiooniks. Praegu kasutatakse neid (massiivsete jahutusseadmetega!) haiglate magnetresonantstomograafiates ja leviteerivates rongides.

Järgmised sammud Carlsoni rühma jaoks on Carlson-Dahmeni klastri tehnikate rakendamine teistele kvantmaterjalidele.

"Nende klastritehnikate abil oleme tuvastanud elektroonilisi fraktaale ka teistes kvantmaterjalides, sealhulgas vanaadiumdioksiidis (VO2) ja neodüümnikelaatides (NdNiO3). Me kahtlustame, et selline käitumine võib kvantmaterjalides olla üsna levinud, " ütleb Carlson.

Seda tüüpi avastused viivad kvantteadlased ülijuhtivuse mõistatuste lahendamisele lähemale.

“The general field of quantum materials aims to bring to the forefront the quantum properties of materials, to a place where we can control them and use them for technology,” Carlson explains. “Each time a new type of quantum material is discovered or created, we gain new capabilities, as dramatic as painters discovering a new color to paint with."

Purdue ülikoolis selle uurimistöö jaoks rahastatakse riiklikku teadusfondi, Bilslandi väitekirja stipendiumi (dr. Liu jaoks) ja teaduse edendamise uurimiskorporatsiooni.

####

Purdue ülikooli kohta
Purdue Ülikool on kõrgeim avalik-õiguslik teadusasutus, mis töötab välja praktilisi lahendusi tänapäeva kõige raskematele väljakutsetele. Purdue, mis on viimase viie aasta jooksul kuulunud USA 10 kõige uuenduslikuma ülikooli hulka US News & World Reporti andmetel, pakub maailma muutvaid teadusuuringuid ja maailmast väljuvaid avastusi. Praktilisele ja veebipõhisele reaalsele õppimisele pühendunud Purdue pakub kõigile muutvat haridust. Pühendunud taskukohasusele ja juurdepääsetavusele, on Purdue külmutanud õppemaksu ja enamiku tasudest 2012.–13. aasta tasemele, mis võimaldab rohkematel üliõpilastel kui kunagi varem lõpetada kooli võlgadeta. Vaadake, kuidas Purdue ei peatu järjekindlalt järgmise hiiglasliku hüppe poole püüdlemisel https://stories.purdue.edu .

Purdue ülikooli füüsika ja astronoomia osakonna kohta

Purdue füüsika ja astronoomia osakonnal on rikas ja pikk ajalugu, mis ulatub tagasi 1904. aastani. Meie õppejõud ja üliõpilased uurivad loodust igas pikkuses, alates subatomilisest kuni makroskoopilise ja kõige vahepealse. Suurepärase ja mitmekesise õppejõudude, järeldoktorite ja üliõpilaste kogukonnaga, kes suruvad teaduse uusi piire, pakume dünaamilist õpikeskkonda, kaasavat teadlaskonda ja kaasahaaravat teadlaste võrgustikku.

Füüsika ja astronoomia on üks Purdue ülikooli teaduskolledži seitsmest osakonnast. Maailmatasemel teadusuuringuid tehakse astrofüüsikas, aatomi- ja molekulaaroptikas, kiirendi massispektromeetrias, biofüüsikas, kondenseeritud aine füüsikas, kvantinfoteaduses, osakeste ja tuumafüüsikas. Meie tipptasemel rajatised asuvad füüsikahoones, kuid meie teadlased tegelevad ka interdistsiplinaarse tööga Purdue Discovery Parki piirkonnas, eriti Bircki nanotehnoloogia keskuses ja Bindley bioteaduste keskuses. Osaleme ka ülemaailmsetes uuringutes, sealhulgas CERNi suures hadronite põrkeseadmes, Argonne'i riiklikus laboris, Brookhaveni riiklikus laboris, Fermilabis, Stanfordi lineaarkiirendis, James Webbi kosmoseteleskoobis ja mitmetes vaatluskeskustes üle maailma.

Purdue Quantum Science and Engineering Institute (PQSEI)

Discovery Parki piirkonnas asuv PQSEI soodustab kvantteaduse praktiliste ja mõjukate aspektide arendamist ning keskendub uute materjalide, seadmete ja põhiliste füüsikaliste kvantsüsteemide avastamisele ja uurimisele, mis sobivad homse tehnoloogiaga integreerimiseks. See julgustab interdistsiplinaarset koostööd, mis viib täiustatud funktsionaalsuse ja jõudlusega kvantseadmete kavandamiseni ja realiseerimiseni, mis on peaaegu põhipiiranguga, eesmärgiga viia need lõpuks suure kasutajate kogukonnani. PQSEI õppejõud tegelevad paljude kvantteaduse ja -tehnika teemadega, sealhulgas kvantmaterjalid ja -seadmed, kvantfotoonika, aatomimolekulaarne ja optiline füüsika, kvantkeemia, kvantmõõtmine ja juhtimine, kvantsimulatsioon ning kvantteave ja andmetöötlus. Lõpuks töötab PQSEI järgmise põlvkonna kvantteadlaste ja inseneride koolitamiseks, et rahuldada kasvavat kvanttööjõu nõudlust.

Lisateabe saamiseks klõpsake nuppu siin

Kontaktid:
Brittany Steff
Purdue ülikooli
Kontor: 765-494-7833

Autoriõigus © Purdue ülikool

Kui teil on kommentaar, palun Saada sõnum meile.

Sisu täpsuse eest vastutavad ainuüksi uudisteväljaannete väljaandjad, mitte 7th Wave, Inc. või Nanotechnology Now.

Järjehoidja:

Lingid

ARTIKLI PEALKIRI

Seotud uudised Press

Uudised ja teave

Uuring näitab, et Ta2NiSe5 ei ole eksitooniline isolaator, rahvusvaheline uurimisrühm lahendab kümne aasta pikkuse arutelu hulgikristalli sümmeetria purunemise mikroskoopilise päritolu üle. Mai 12th, 2023

Ga2O3/vedelmetallipõhiste painduvate niiskusandurite otsekirjutamine laseriga Mai 12th, 2023

Läbimurre MXenesi optilistes omadustes – kahemõõtmelised heterostruktuurid annavad uusi ideid Mai 12th, 2023

Uudse disainiga perovskiidist elektrokeemiline element valguse emissiooniks ja valguse tuvastamiseks Mai 12th, 2023

Ülijuhtivus

Ülijuhtivuse hävitamine kagome metallis: tulevase madala energiatarbega elektroonika kandidaatmaterjali kvantüleminekute elektrooniline juhtimine Märts 3rd, 2023

Osaliselt oksüdeeritud orgaanilise neutraalse molekuliga kõrge juhtivusega molekulaarsete materjalide poole: Jaapani teadlased arendavad enneolematul teol orgaanilise, õhukindla, kõrge juhtivusega neutraalse molekulaarkristalli, millel on ainulaadsed elektroonilised omadused Jaanuar 20th, 2023

Uued hübriidstruktuurid võivad sillutada teed stabiilsematele kvantarvutitele: uuring näitab, et topoloogilise isolaatori ühendamine ühekihilise ülijuhiga võib toetada teoreetilist topoloogilist ülijuhtivust Oktoober 28th, 2022

Nanostruktureeritud ülijuhtide "tihe" potentsiaal: teadlased kasutavad ebatavalist sädeplasma paagutamise meetodit, et valmistada suure voolutihedusega ülitiheda ülijuhtivat magneesiumdiboriidi. Oktoober 7th, 2022

Valitsus-õigusaktid/määrused/rahastamine/poliitika

Uue eksperimentaalse meetodi abil uurivad teadlased esimest korda 2D-materjalide pöörlemisstruktuuri: "Võlunurga" grafeenis spinni struktuuri jälgides on Browni ülikooli teadlaste juhitud teadlaste meeskond leidnud lahenduse pikaajalisele takistusele selles valdkonnas. kahest Mai 12th, 2023

Optiline lülitus rekordkiirusel avab ukse ülikiirele valguspõhisele elektroonikale ja arvutitele: Märts 24th, 2023

Robot Caterpillar demonstreerib pehme robootika uut lähenemist liikumisele Märts 24th, 2023

Pooljuhtvõre ühendab elektronid ja magnetmomendid Märts 24th, 2023

Võimalikud tulevikud

Ga2O3/vedelmetallipõhiste painduvate niiskusandurite otsekirjutamine laseriga Mai 12th, 2023

Läbimurre MXenesi optilistes omadustes – kahemõõtmelised heterostruktuurid annavad uusi ideid Mai 12th, 2023

Uudse disainiga perovskiidist elektrokeemiline element valguse emissiooniks ja valguse tuvastamiseks Mai 12th, 2023

Optica Publishing Group teatab Optica Quantum: uue, ainult veebipõhise Gold Open Access ajakirja käivitamisest, et levitada kiiresti mõjukaid uurimistulemusi paljudes kvantinfoteaduse ja -tehnoloogia sektorites Mai 12th, 2023

Avastused

Uue eksperimentaalse meetodi abil uurivad teadlased esimest korda 2D-materjalide pöörlemisstruktuuri: "Võlunurga" grafeenis spinni struktuuri jälgides on Browni ülikooli teadlaste juhitud teadlaste meeskond leidnud lahenduse pikaajalisele takistusele selles valdkonnas. kahest Mai 12th, 2023

Uuring näitab, et Ta2NiSe5 ei ole eksitooniline isolaator, rahvusvaheline uurimisrühm lahendab kümne aasta pikkuse arutelu hulgikristalli sümmeetria purunemise mikroskoopilise päritolu üle. Mai 12th, 2023

Ga2O3/vedelmetallipõhiste painduvate niiskusandurite otsekirjutamine laseriga Mai 12th, 2023

Läbimurre MXenesi optilistes omadustes – kahemõõtmelised heterostruktuurid annavad uusi ideid Mai 12th, 2023

Teated

Uuring näitab, et Ta2NiSe5 ei ole eksitooniline isolaator, rahvusvaheline uurimisrühm lahendab kümne aasta pikkuse arutelu hulgikristalli sümmeetria purunemise mikroskoopilise päritolu üle. Mai 12th, 2023

Ga2O3/vedelmetallipõhiste painduvate niiskusandurite otsekirjutamine laseriga Mai 12th, 2023

Läbimurre MXenesi optilistes omadustes – kahemõõtmelised heterostruktuurid annavad uusi ideid Mai 12th, 2023

Uudse disainiga perovskiidist elektrokeemiline element valguse emissiooniks ja valguse tuvastamiseks Mai 12th, 2023

Intervjuud/raamatuarvustused/esseed/aruanded/podcastid/ajakirjad/valged lehed/plakatid

Ga2O3/vedelmetallipõhiste painduvate niiskusandurite otsekirjutamine laseriga Mai 12th, 2023

Läbimurre MXenesi optilistes omadustes – kahemõõtmelised heterostruktuurid annavad uusi ideid Mai 12th, 2023

Uudse disainiga perovskiidist elektrokeemiline element valguse emissiooniks ja valguse tuvastamiseks Mai 12th, 2023

Optica Publishing Group teatab Optica Quantum: uue, ainult veebipõhise Gold Open Access ajakirja käivitamisest, et levitada kiiresti mõjukaid uurimistulemusi paljudes kvantinfoteaduse ja -tehnoloogia sektorites Mai 12th, 2023

energia

Mehaanilise energia suunamine eelistatud suunas Aprill 14th, 2023

Universaalne HCl-assistendi pulber-pulbriks strateegia pliivaba perovskiitide valmistamiseks Märts 24th, 2023

TUS-i teadlased pakuvad lihtsat ja odavat lähenemisviisi süsinik-nanotoru juhtmestiku valmistamiseks plastkiledele: pakutud meetodi abil saadakse juhtmestik, mis sobib täielikult süsiniku sisaldavate seadmete, sealhulgas paindlike andurite ning energia muundamise ja salvestusseadmete arendamiseks. Märts 3rd, 2023

Tehke need piisavalt õhukeseks ja antiferroelektrilised materjalid muutuvad ferroelektrilisteks Veebruar 10th, 2023

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoAiStream. Web3 andmete luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Tuleviku rahapaja Adryenn Ashley. Juurdepääs siia.
• Ostke ja müüge IPO-eelsete ettevõtete aktsiaid koos PREIPO®-ga. Juurdepääs siia.
• Allikas: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57345