Nanotechnológia most – Sajtóközlemény: A Purdue kutatói felfedezték, hogy a szupravezető képek valójában 3D-s és rendellenesség-vezérelt fraktálok

Kezdőlap > nyomja meg > A Purdue kutatói felfedezték, hogy a szupravezető képek valójában 3D-s és rendellenesség-vezérelt fraktálok

Absztrakt:
A világ energiaigényének kielégítése kritikus ponthoz érkezett. A technológiai kor hatalma globális problémákat okozott. Egyre fontosabb olyan szupravezetők létrehozása, amelyek környezeti nyomáson és hőmérsékleten is működni tudnak. Ez nagyban hozzájárulna az energiaválság megoldásához.

A Purdue kutatói felfedezték, hogy a szupravezető képek valójában 3D-s és rendellenesség-vezérelt fraktálok

West Lafayette, IN | Feladás dátuma: 12. május 2023

A szupravezető képesség fejlesztése a kvantumanyagok fejlődésétől függ. Amikor a kvantumanyagok belsejében lévő elektronok fázisátalakuláson mennek keresztül, az elektronok bonyolult mintázatokat, például fraktálokat alkothatnak. A fraktál egy soha véget nem érő minta. Fraktálra nagyításkor a kép ugyanúgy néz ki. A gyakran látható fraktálok lehetnek egy fa vagy télen az ablaküvegen lévő fagy. A fraktálok két dimenzióban alakulhatnak ki, mint a dér az ablakon, vagy háromdimenziós térben, mint egy fa ágai.

Dr. Erica Carlson, a Purdue Egyetem fizika és csillagászat 150. évfordulós professzora egy olyan csoportot vezetett, amely elméleti technikákat dolgozott ki az elektronok által alkotott fraktál alakzatok jellemzésére, hogy feltárja a mintákat mozgató mögöttes fizikát.

Carlson elméleti fizikus nagy felbontású képeket értékelt az elektronok elhelyezkedéséről a Bi2-xPbzSr2-yLayCuO6+x (BSCO) szupravezetőben, és megállapította, hogy ezek a képek valóban fraktálok, és felfedezte, hogy a teljes háromdimenziós térre kiterjednek. az anyag által elfoglalt, mint egy fa kitölti a teret.

Amit valaha véletlenszerű diszperzióknak gondoltak a fraktálképeken belül, az céltudatos, és megdöbbentő módon nem a mögöttes kvantumfázis-átmenetnek köszönhető, ahogyan azt vártuk, hanem egy rendellenesség által vezérelt fázisátalakulásnak.

Carlson több intézményben együttműködő kutatócsoportot vezetett, és eredményeiket "Kritikus nematikus korrelációk a Bi2-xPbzSr2-yLayCuO6+x szupravezető adalékolási tartományában" címmel publikálták a Nature Communications-ben.

A csapatban Purdue tudósok és partnerintézmények állnak. Purdue-ból a csapat tagja Carlson, Dr. Forrest Simmons, nemrégiben PhD-hallgató, valamint Dr. Shuo Liu és Dr. Benjamin Phillabaum volt PhD hallgatók. A Purdue csapata a Purdue Quantum Science and Engineering Institute-ban (PQSEI) fejezte be munkáját. A partnerintézmények csapata: Dr. Jennifer Hoffman, Dr. Can-Li Song, Dr. Elizabeth Main a Harvard Egyetemről, Dr. Karin Dahmen az Urbana-Champaign Egyetemről és Dr. Eric Hudson a Pennsylvaniai Állami Egyetemről.

„Az orientációs („nematikus”) tartományok fraktálmintázatainak megfigyelése – amelyet Carlson és munkatársai ügyesen kinyertek egy kuprát magas hőmérsékletű szupravezető kristályainak felületéről készült STM-felvételekből – önmagában is érdekes és esztétikailag vonzó, de egyben jelentős alapvető fontosságú is. fontos, hogy megértsük ezen anyagok alapvető fizikáját” – mondja Dr. Steven Kivelson, a Stanfordi Egyetem Prabhu Goel család professzora és a kvantumanyagok újszerű elektronikus állapotaira szakosodott elméleti fizikus. „A nematikus rend valamilyen formáját, amelyet tipikusan egy primitívebb töltéssűrűség-hullám rend avatarjának tartanak, úgy sejtették, hogy fontos szerepet játszik a kuprátok elméletében, de ezt a tételt már korábban alátámasztották. legjobb esetben is kétértelmű. Carlson és munkatársai elemzéséből két fontos következtetés következik: 1) Az a tény, hogy a nematikus tartományok fraktálnak tűnnek, azt jelenti, hogy a korrelációs hossza – az a távolság, amelyen keresztül a nematikus rend koherenciát tart fenn – nagyobb, mint a kísérlet látómezeje. ami azt jelenti, hogy más mikroszkopikus pikkelyekhez képest nagyon nagy. 2) Az a tény, hogy a sorrendet jellemző minták megegyeznek a háromdimenziós véletlenmezős Ising-modell – a klasszikus statisztikai mechanika egyik paradigrmatikus modellje – tanulmányozása során kapott mintázatokkal, arra utal, hogy a nematikus sorrend mértékét a külső tényezők határozzák meg. mennyiségben, és hogy belsőleg (vagyis kristályos tökéletlenségek hiányában) még hosszabb hatótávolságú korrelációkat mutatna, nemcsak a felület mentén, hanem mélyen a kristály nagy részébe is kiterjed.

Ezekről a fraktálokról nagy gonddal készítenek nagy felbontású képeket a Harvard Egyetemen Hoffman és a jelenleg Penn államban található Hudson laboratóriumában, pásztázó alagútmikroszkópok (STM) segítségével az elektronok mérésére a BSCO, egy kuprát szupravezető felületén. A mikroszkóp atomonként pásztázza át a BSCO felső felületét, és azt találták, hogy a csíkok iránya két különböző irányba haladt ugyanabban az irányban. Az eredmény, amely fent piros és kék színben látható, egy szaggatott kép, amely érdekes mintákat alkot az elektronikus csíkok tájolásáról.

„Az elektronikus minták összetettek, a lyukak belsejében lyukak vannak, az élek pedig díszes filigránra emlékeztetnek” – magyarázza Carlson. „A fraktálmatematika technikáival fraktálszámokkal jellemezzük ezeket az alakzatokat. Ezenkívül statisztikai módszereket használunk a fázisátalakulásokból, hogy jellemezzük az olyan dolgokat, mint például, hogy hány klaszter van egy bizonyos méretű, és mennyire valószínű, hogy a helyek ugyanabban a klaszterben vannak.

Miután a Carlson-csoport elemezte ezeket a mintákat, meglepő eredményre jutottak. Ezek a minták nem csak a felületen alakulnak ki, mint a lapos réteg fraktál viselkedés, hanem három dimenzióban töltik ki a teret. A felfedezés szimulációit a Purdue Egyetemen végezték a Purdue szuperszámítógépeivel a Rosen Center for Advanced Computing-ban. Öt különböző doppingszintű mintákat mért a Harvard és a Penn State, és az eredmény mind az öt minta esetében hasonló volt.

Illinois (Dahmen) és Purdue (Carlson) egyedülálló együttműködése a rendezetlen statisztikai mechanikából származó klasztertechnikákat hozott a kvantumanyagok, például a szupravezetők területére. Carlson csoportja a technikát kvantumanyagokra adaptálta, kiterjesztve a másodrendű fázisátmenetek elméletét a kvantumanyagokban lévő elektronikus fraktálokra.

„Ez egy lépéssel közelebb visz bennünket a kuprát szupravezetők működésének megértéséhez” – magyarázza Carlson. „A szupravezetők e családjának tagjai jelenleg a legmagasabb hőmérsékletű szupravezetők, amelyek környezeti nyomáson előfordulnak. Ha tudnánk olyan szupravezetőket szerezni, amelyek környezeti nyomáson és hőmérsékleten működnek, nagy utat járhatnánk be az energiaválság megoldása felé, mivel az elektronika működtetésére jelenleg használt vezetékek fémek, nem pedig szupravezetők. A fémekkel ellentétben a szupravezetők tökéletesen vezetik az áramot energiaveszteség nélkül. Másrészt a kültéri elektromos vezetékekben használt összes vezeték fémet használ, amelyek az áramvezetés teljes ideje alatt energiát veszítenek. A szupravezetők azért is érdekesek, mert nagyon nagy mágneses terek generálására és mágneses levitációra használhatók. Jelenleg (masszív hűtőberendezésekkel!) kórházakban és lebegtető vonatokban használják őket.

A Carlson csoport következő lépései a Carlson-Dahmen klaszter technikák más kvantumanyagokra való alkalmazása.

„Ezekkel a klasztertechnikákkal más kvantumanyagokban is azonosítottunk elektronikus fraktálokat, beleértve a vanádium-dioxidot (VO2) és a neodímium-nikelátokat (NdNiO3). Azt gyanítjuk, hogy ez a viselkedés meglehetősen általános lehet a kvantumanyagokban” – mondja Carlson.

Ez a fajta felfedezés közelebb viszi a kvantumkutatókat a szupravezetés rejtvényeinek megoldásához.

„A kvantumanyagok általános területe az anyagok kvantumtulajdonságait kívánja előtérbe helyezni, egy olyan helyre, ahol ellenőrizni tudjuk őket, és technológiai célokra használhatjuk őket” – magyarázza Carlson. "Minden alkalommal, amikor egy új típusú kvantumanyagot fedeznek fel vagy hoznak létre, új képességekre teszünk szert, olyan drámai módon, mint a festők, amikor új színt fedeznek fel a festéshez."

A Purdue Egyetemen folyó kutatás finanszírozása magában foglalja a National Science Foundationt, a Bilsland Disszertációs Ösztöndíjat (Dr. Liu számára) és a Research Corporation for Science Advancement.

####

A Purdue Egyetemről
A Purdue University egy vezető állami kutatóintézet, amely gyakorlati megoldásokat fejleszt napjaink legnehezebb kihívásaira. A US News & World Report szerint az elmúlt öt évben az Egyesült Államok 10 leginnovatívabb egyeteme közé sorolt ​​Purdue a világot megváltoztató kutatásokat és a világon kívüli felfedezéseket kínál. A gyakorlati és online, valós tanulás iránt elkötelezett Purdue mindenki számára átalakító oktatást kínál. A megfizethetőség és a hozzáférhetőség iránt elkötelezett Purdue 2012–13-as szinten fagyasztotta be a tandíjat és a legtöbb tandíjat, így minden eddiginél több diák szerezhet adósságmentesen diplomát. Nézze meg, hogy Purdue soha nem áll meg a következő óriási ugrás kitartó törekvésében https://stories.purdue.edu .

A Purdue Egyetem Fizikai és Csillagászati ​​Tanszékéről

A Purdue Fizikai és Csillagászati ​​Tanszék gazdag és hosszú múltra tekint vissza, 1904-ig nyúlik vissza. Tanáraink és hallgatóink a természetet minden hosszban felfedezik, a szubatomitól a makroszkopikusig és minden, ami a kettő között van. Az oktatókból, posztdoktorokból és hallgatókból álló kiváló és sokszínű közösséggel, akik új tudományos határokat húznak fel, dinamikus tanulási környezetet, befogadó kutatói közösséget és vonzó tudóshálózatot kínálunk.

A fizika és a csillagászat egyike a Purdue University College of Science hét tanszékének. Világszínvonalú kutatások zajlanak az asztrofizika, az atom- és molekulaoptika, a gyorsítótömeg-spektrometria, a biofizika, a kondenzáltanyag-fizika, a kvantuminformáció-tudomány, a részecske- és magfizika területén. A legmodernebb létesítményeink a Physics Buildingben találhatók, de kutatóink interdiszciplináris munkában is részt vesznek a Purdue-i Discovery Park kerületben, különösen a Birck Nanotechnológiai Központban és a Bindley Bioscience Centerben. Globális kutatásokban is részt veszünk, többek között a CERN-ben található Large Hadron Colliderben, az Argonne National Laboratoryban, a Brookhaven National Laboratoryban, a Fermilabban, a Stanford Linear Acceleratorban, a James Webb Űrteleszkópban és számos obszervatóriumban szerte a világon.

A Purdue Quantum Science and Engineering Institute-ról (PQSEI)

A Discovery Park kerületben található PQSEI elősegíti a kvantumtudomány gyakorlati és hatásos aspektusainak fejlesztését, és olyan új anyagok, eszközök és alapvető fizikai kvantumrendszerek felfedezésére és tanulmányozására összpontosít, amelyek alkalmasak lesznek a holnap technológiájába való integrálásra. Bátorítja az interdiszciplináris együttműködést, amely olyan kvantumeszközök tervezéséhez és megvalósításához vezet, amelyek továbbfejlesztett funkcionalitással és teljesítménnyel rendelkeznek, közel az alapvető határhoz, és célja, hogy végső soron a felhasználók hatalmas közösségéhez juttassák el őket. A PQSEI oktatói a kvantumtudomány és -mérnöki témakörök széles skáláján dolgoznak, beleértve a kvantumanyagokat és eszközöket, a kvantumfotonikát, az atommolekuláris és optikai fizikát, a kvantumkémiát, a kvantummérést és -vezérlést, a kvantumszimulációt, valamint a kvantuminformációkat és számítástechnikát. Végül a PQSEI a kvantumtudósok és mérnökök következő generációjának képzésén dolgozik, hogy megfeleljen a kvantummunkaerő növekvő igényeinek.

További információért kattintson a gombra itt

Elérhetőségek:
Brittany Steff
Purdue Egyetem
Iroda: 765-494-7833

Copyright © Purdue University

Ha van észrevétele, kérem Kapcsolat minket.

A tartalom pontosságáért kizárólag a sajtóközlemények kiadói felelősek, nem pedig a 7th Wave, Inc. vagy a Nanotechnology Now.

Könyvjelző:

Kapcsolódó linkek

CIKK CÍME

Kapcsolódó hírek Sajtó

Hírek és információk

A tanulmány kimutatta, hogy a Ta2NiSe5 nem egy excitonikus szigetelő, a nemzetközi kutatócsoport eldönti az évtizedes vitát az ömlesztett kristályban bekövetkező szimmetriatörés mikroszkopikus eredetéről. Lehet 12th, 2023

Ga2O3/folyékony fém alapú rugalmas páratartalom érzékelők lézeres közvetlen írása Lehet 12th, 2023

Áttörés az MXenes optikai tulajdonságaiban – a kétdimenziós heterostruktúrák új ötleteket adnak Lehet 12th, 2023

Új tervezésű perovszkit elektrokémiai cella fénykibocsátáshoz és fényérzékeléshez Lehet 12th, 2023

Szupravezetés

A kagome fém szupravezető képességének megsemmisítése: a kvantumátmenetek elektronikus vezérlése a jövő alacsony energiaigényű elektronikájának jelölt anyagában Március 3rd, 2023

Nagy vezetőképességű molekuláris anyagok felé részben oxidált szerves, semleges molekulával: Japán kutatói példátlan bravúrban kifejlesztettek egy szerves, légstabil, nagy vezetőképességű, semleges molekuláris kristályt egyedülálló elektronikus tulajdonságokkal. Január 20th, 2023

Az új hibrid struktúrák kikövezhetik az utat a stabilabb kvantumszámítógépek felé: A tanulmány azt mutatja, hogy a topológiai szigetelő és az egyrétegű szupravezető egyesítése támogathatja az elméleti topológiai szupravezetést Október 28th, 2022

A nanostrukturált szupravezetők „sűrű” potenciálja: A tudósok nem szokványos szikraplazma szinterezési módszert alkalmaznak nagy sűrűségű szupravezető ömlesztett magnézium-diborid előállítására nagy áramsűrűséggel Október 7th, 2022

Korm. – Jogszabályok/Szabályzat/Finanszírozás/Szabályzat

Új kísérleti módszerrel a kutatók először vizsgálják meg a spinszerkezetet 2D-s anyagokban: A „varázsszögű” grafén spinszerkezetének megfigyelésével a Brown Egyetem kutatói által vezetett tudóscsoport megoldást talált egy régóta fennálló akadályra a területen. kettőből Lehet 12th, 2023

A rekordsebességű optikai kapcsolás kaput nyit az ultragyors, fényalapú elektronika és számítógépek előtt: Március 24th, 2023

A Robot hernyó új megközelítést mutat be a lágy robotika mozgásának terén Március 24th, 2023

A félvezető rács összekapcsolja az elektronokat és a mágneses momentumokat Március 24th, 2023

Lehetséges jövők

Ga2O3/folyékony fém alapú rugalmas páratartalom érzékelők lézeres közvetlen írása Lehet 12th, 2023

Áttörés az MXenes optikai tulajdonságaiban – a kétdimenziós heterostruktúrák új ötleteket adnak Lehet 12th, 2023

Új tervezésű perovszkit elektrokémiai cella fénykibocsátáshoz és fényérzékeléshez Lehet 12th, 2023

Az Optica Publishing Group bejelentette az Optica Quantum: Új, csak online elérhető Gold Open Access folyóirat elindítását, amely a nagy hatású kutatási eredményeket gyorsan terjeszti a kvantuminformatikai tudomány és technológia számos ágazatában. Lehet 12th, 2023

felfedezések

Új kísérleti módszerrel a kutatók először vizsgálják meg a spinszerkezetet 2D-s anyagokban: A „varázsszögű” grafén spinszerkezetének megfigyelésével a Brown Egyetem kutatói által vezetett tudóscsoport megoldást talált egy régóta fennálló akadályra a területen. kettőből Lehet 12th, 2023

A tanulmány kimutatta, hogy a Ta2NiSe5 nem egy excitonikus szigetelő, a nemzetközi kutatócsoport eldönti az évtizedes vitát az ömlesztett kristályban bekövetkező szimmetriatörés mikroszkopikus eredetéről. Lehet 12th, 2023

Ga2O3/folyékony fém alapú rugalmas páratartalom érzékelők lézeres közvetlen írása Lehet 12th, 2023

Áttörés az MXenes optikai tulajdonságaiban – a kétdimenziós heterostruktúrák új ötleteket adnak Lehet 12th, 2023

Közlemények

A tanulmány kimutatta, hogy a Ta2NiSe5 nem egy excitonikus szigetelő, a nemzetközi kutatócsoport eldönti az évtizedes vitát az ömlesztett kristályban bekövetkező szimmetriatörés mikroszkopikus eredetéről. Lehet 12th, 2023

Ga2O3/folyékony fém alapú rugalmas páratartalom érzékelők lézeres közvetlen írása Lehet 12th, 2023

Áttörés az MXenes optikai tulajdonságaiban – a kétdimenziós heterostruktúrák új ötleteket adnak Lehet 12th, 2023

Új tervezésű perovszkit elektrokémiai cella fénykibocsátáshoz és fényérzékeléshez Lehet 12th, 2023

Interjúk/Könyvkritikák/Esszék/Riportok/Podcastok/Fogyóiratok/Fehér papírok/Poszterek

Ga2O3/folyékony fém alapú rugalmas páratartalom érzékelők lézeres közvetlen írása Lehet 12th, 2023

Áttörés az MXenes optikai tulajdonságaiban – a kétdimenziós heterostruktúrák új ötleteket adnak Lehet 12th, 2023

Új tervezésű perovszkit elektrokémiai cella fénykibocsátáshoz és fényérzékeléshez Lehet 12th, 2023

Az Optica Publishing Group bejelentette az Optica Quantum: Új, csak online elérhető Gold Open Access folyóirat elindítását, amely a nagy hatású kutatási eredményeket gyorsan terjeszti a kvantuminformatikai tudomány és technológia számos ágazatában. Lehet 12th, 2023

Energia

A mechanikai energia kívánt irányba történő csatornázása Április 14th, 2023

Egy univerzális HCl-asszisztens por-por stratégia ólommentes perovszkit előállításához Március 24th, 2023

A TUS kutatói egy egyszerű, olcsó megközelítést javasolnak a szén nanocső huzalozásának műanyag fóliákon történő előállításához: A javasolt módszerrel olyan vezetékeket állítanak elő, amelyek alkalmasak teljesen széntartalmú eszközök fejlesztésére, beleértve a rugalmas érzékelőket, valamint az energiaátalakító és -tároló eszközöket. Március 3rd, 2023

Legyen elég vékony, és az antiferroelektromos anyagok ferroelektromossá válnak Február 10th, 2023

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoAiStream. Web3 adatintelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
• Részvények vásárlása és eladása PRE-IPO társaságokban a PREIPO® segítségével. Hozzáférés itt.
• Forrás: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57345