Nanotechnology Now - 보도 자료: Purdue 연구원들은 초전도 이미지가 실제로 3D이고 무질서에 의한 도형임을 발견했습니다

플라톤에 의해 재발행

팔로워 : 0

홈 > PR 기사 > Purdue의 연구원들은 초전도 이미지가 실제로는 3D이며 무질서 기반 프랙탈임을 발견했습니다.

요약 :
세계의 에너지 수요를 충족시키는 것이 중요한 시점에 도달하고 있습니다. 기술 시대에 동력을 공급하는 것은 전 세계적으로 문제를 일으켰습니다. 주변 압력과 온도에서 작동할 수 있는 초전도체를 만드는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. 이것은 에너지 위기를 해결하는 데 큰 도움이 될 것입니다.

Purdue의 연구원은 초전도 이미지가 실제로 3D 및 무질서 구동 프랙탈임을 발견했습니다.

인디애나 주 웨스트 라파예트 | 게시일: 12년 2023월 XNUMX일

초전도성의 발전은 양자 재료의 발전에 달려 있습니다. 양자 물질 내부의 전자가 상전이를 겪을 때 전자는 프랙탈과 같은 복잡한 패턴을 형성할 수 있습니다. 프랙탈은 끝없는 패턴입니다. 프랙탈을 확대하면 이미지가 동일하게 보입니다. 흔히 볼 수 있는 프랙탈은 겨울에 유리창에 맺힌 나무나 서리일 수 있습니다. 프랙탈은 창문의 서리처럼 XNUMX차원으로 형성되거나 나무 가지와 같은 XNUMX차원 공간에서 형성될 수 있습니다.

Purdue University의 물리 및 천문학 150주년 기념 교수인 Erica Carlson 박사는 패턴을 구동하는 기본 물리학을 밝히기 위해 이러한 전자가 만드는 프랙탈 모양을 특성화하기 위한 이론적 기술을 개발한 팀을 이끌었습니다.

이론물리학자인 Carlson은 초전도체 Bi2-xPbzSr2-yLayCuO6+x(BSCO)에서 전자 위치의 고해상도 이미지를 평가하고 이러한 이미지가 실제로 프랙탈이며 전체 XNUMX차원 공간으로 확장된다는 사실을 발견했습니다. 공간을 채우는 나무처럼 재료가 차지합니다.

한때 프랙탈 이미지 내에서 임의의 분산으로 생각되었던 것은 의도적이며 놀랍게도 예상한 기본 양자 위상 전이 때문이 아니라 무질서로 인한 위상 전이 때문입니다.

Carlson은 여러 기관에 걸쳐 연구진으로 구성된 공동 팀을 이끌고 Nature Communications에 "Bi2-xPbzSr2-yLayCuO6+x의 초전도 도핑 범위 전체에 걸친 중요한 네마틱 상관 관계"라는 제목의 연구 결과를 발표했습니다.

팀에는 Purdue 과학자 및 파트너 기관이 포함됩니다. Purdue에서 온 팀에는 Carlson, 최근 박사 과정 학생인 Forrest Simmons 박사, 이전 박사 과정 학생인 Shuo Liu 박사와 Benjamin Phillabaum 박사가 포함됩니다. Purdue 팀은 Purdue Quantum Science and Engineering Institute(PQSEI) 내에서 작업을 완료했습니다. 파트너 기관의 팀에는 Jennifer Hoffman 박사, Can-Li Song 박사, Harvard University의 Elizabeth Main 박사, Urbana-Champaign 대학의 Karin Dahmen 박사, Pennsylvania State University의 Eric Hudson 박사가 포함됩니다.

“칼슨과 동료들이 큐프레이트 고온 초전도체 결정 표면의 STM 이미지에서 영리하게 추출한 오리엔테이션('네마틱') 도메인의 프랙탈 패턴 관찰은 그 자체로 흥미롭고 미학적으로 매력적일 뿐만 아니라 상당한 근본적인 스탠포드 대학의 Prabhu Goel 가족 교수이자 양자 물질의 새로운 전자 상태를 전문으로 하는 이론 물리학자인 Steven Kavelson 박사는 이러한 물질의 본질적인 물리학을 파악하는 것이 중요합니다. "일반적으로 보다 원시적인 전하 밀도 파동 질서의 화신으로 생각되는 어떤 형태의 네마틱 질서는 큐프레이트 이론에서 중요한 역할을 하는 것으로 추측되어 왔지만, 이 명제를 지지하는 증거는 이전에 기껏해야 모호합니다. Carlson et al.의 분석에서 두 가지 중요한 추론이 나옵니다. 1) 네마틱 도메인이 프랙탈로 보인다는 사실은 상관 길이(네마틱 순서가 일관성을 유지하는 거리)가 실험의 시야보다 크다는 것을 의미합니다. 이는 다른 미세 스케일에 비해 매우 크다는 것을 의미합니다. 2) 차수를 특징짓는 패턴이 고전 통계역학의 패러다임 모델 중 하나인 XNUMX차원 랜덤필드 아이싱 모델의 연구에서 얻은 패턴과 동일하다는 사실은 네마틱 차수의 정도가 외인성에 의해 결정됨을 시사한다. 본질적으로(즉, 결정 결함이 없는 경우) 표면을 따라가 아니라 결정의 벌크 깊숙이 확장되는 더 긴 범위의 상관 관계를 나타냅니다.”

이러한 프랙탈의 고해상도 이미지는 하버드 대학의 Hoffman 연구실과 현재 Penn State에 있는 Hudson의 연구실에서 주사 터널링 현미경(STM)을 사용하여 cuprate 초전도체인 BSCO의 표면에서 전자를 측정하기 위해 열심히 촬영되었습니다. 현미경은 BSCO의 상부 표면을 가로질러 원자 단위로 스캔했고, 그들이 발견한 것은 같은 방향이 아닌 두 개의 다른 방향으로 가는 줄무늬 방향이었습니다. 위에서 빨간색과 파란색으로 표시된 결과는 전자 스트라이프 방향의 흥미로운 패턴을 형성하는 들쭉날쭉한 이미지입니다.

"전자 패턴은 구멍 내부에 구멍이 있고 화려한 선조 세공과 유사한 가장자리가 있어 복잡합니다."라고 Carlson은 설명합니다. “프랙탈 수학의 기술을 사용하여 프랙탈 수를 사용하여 이러한 모양을 특성화합니다. 또한 단계 전환의 통계 방법을 사용하여 특정 크기의 클러스터 수, 사이트가 동일한 클러스터에 있을 가능성 등을 특성화합니다.”

Carlson 그룹은 이러한 패턴을 분석한 후 놀라운 결과를 발견했습니다. 이러한 패턴은 평면 레이어 프랙탈 동작처럼 표면에만 형성되는 것이 아니라 XNUMX차원 공간을 채웁니다. 이 발견을 위한 시뮬레이션은 Rosen Center for Advanced Computing에 있는 Purdue의 슈퍼컴퓨터를 사용하여 Purdue University에서 수행되었습니다. XNUMX가지 다른 도핑 수준의 샘플을 Harvard와 Penn State에서 측정했으며 결과는 XNUMX가지 샘플 모두에서 비슷했습니다.

일리노이주(Dahmen)와 Purdue(Carlson) 간의 고유한 협력을 통해 무질서한 통계 역학의 클러스터 기술을 초전도체와 같은 양자 물질 분야로 가져왔습니다. Carlson의 그룹은 이 기술을 양자 물질에 적용하여 양자 물질의 전자 프랙탈에 대한 XNUMX차 위상 전이 이론을 확장했습니다.

Carlson은 "이것은 cuprate 초전도체가 작동하는 방식을 이해하는 데 한 걸음 더 가까워졌습니다."라고 설명합니다. “이 초전도체 제품군의 구성원은 현재 주변 압력에서 발생하는 가장 높은 온도의 초전도체입니다. 대기압과 온도에서 작동하는 초전도체를 얻을 수 있다면 에너지 위기를 해결하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다. 현재 전자 장치를 작동하는 데 사용하는 전선은 초전도체가 아닌 금속이기 때문입니다. 금속과 달리 초전도체는 에너지 손실 없이 완벽하게 전류를 전달합니다. 반면에 우리가 옥외 전력선에 사용하는 모든 전선은 금속을 사용하므로 전류가 흐르는 동안 내내 에너지를 잃습니다. 초전도체는 또한 매우 높은 자기장을 생성하고 자기 부상에 사용할 수 있기 때문에 관심이 있습니다. 그들은 현재 (대량 냉각 장치와 함께!) 병원의 MRI와 부상 열차에 사용되고 있습니다.”

Carlson 그룹의 다음 단계는 Carlson-Dahmen 클러스터 기술을 다른 양자 재료에 적용하는 것입니다.

"이러한 클러스터 기술을 사용하여 우리는 이산화바나듐(VO2) 및 네오디뮴 니켈레이트(NdNiO3)를 포함한 다른 양자 물질에서 전자 프랙탈도 식별했습니다. 우리는 이러한 행동이 실제로 양자 물질에서 매우 보편적일 수 있다고 생각합니다.”라고 Carlson은 말합니다.

이러한 유형의 발견은 양자 과학자들이 초전도성의 수수께끼를 푸는 데 더 가까워지게 합니다.

Carlson은 “양자 재료의 일반 분야는 재료의 양자 특성을 제어하고 기술에 사용할 수 있는 위치까지 가져오는 것을 목표로 합니다.”라고 설명합니다. "새로운 유형의 양자 물질이 발견되거나 생성될 때마다 우리는 화가가 그림에 사용할 새로운 색상을 발견하는 것처럼 극적인 새로운 능력을 얻습니다."

이 연구를 위한 Purdue University의 연구 자금에는 National Science Foundation, Bilsland Dissertation Fellowship(Dr. Liu용) 및 Research Corporation for Science Advancement가 포함됩니다.

####

퍼듀 대학교 소개
Purdue University는 오늘날 가장 어려운 문제에 대한 실용적인 솔루션을 개발하는 최고의 공공 연구 기관입니다. 지난 10년 동안 US News & World Report에서 미국에서 가장 혁신적인 2012개 대학 중 하나로 선정된 Purdue는 세계를 변화시키는 연구와 놀라운 발견을 제공합니다. 실습 및 온라인, 실제 학습에 전념하는 Purdue는 모두에게 혁신적인 교육을 제공합니다. Purdue는 저렴한 가격과 접근성에 전념하여 13-XNUMX년 수준에서 수업료와 대부분의 수수료를 동결하여 그 어느 때보다 더 많은 학생들이 부채 없이 졸업할 수 있도록 했습니다. Purdue가 다음 단계의 거대한 도약을 지속적으로 추구하는 데 결코 멈추지 않는 방법을 확인하십시오. https://stories.purdue.edu .

Purdue University의 물리학 및 천문학과 소개

Purdue 물리학 및 천문학과는 1904년으로 거슬러 올라가는 풍부하고 오랜 역사를 가지고 있습니다. 우리 교수진과 학생들은 아원자에서 거시적 그리고 그 사이의 모든 것에 이르기까지 모든 길이 규모의 자연을 탐구하고 있습니다. 우수하고 다양한 교수진, 박사후 연구원 및 새로운 과학 분야를 개척하는 학생 커뮤니티와 함께 우리는 역동적인 학습 환경, 포용적인 연구 커뮤니티 및 매력적인 학자 네트워크를 제공합니다.

물리학 및 천문학은 Purdue University College of Science 내의 XNUMX개 부서 중 하나입니다. 천체 물리학, 원자 및 분자 광학, 가속기 질량 분석, 생물 물리학, 응집 물질 물리학, 양자 정보 과학, 입자 및 핵 물리학에서 세계적 수준의 연구가 수행됩니다. 우리의 최첨단 시설은 Physics Building에 있지만 연구원들은 Purdue의 Discovery Park District, 특히 Birck Nanotechnology Center와 Bindley Bioscience Center에서 학제간 연구에도 참여하고 있습니다. 우리는 또한 CERN의 대형 강입자 가속기, 아르곤 국립 연구소, 브룩헤이븐 국립 연구소, 페르미랩, 스탠포드 선형 가속기, 제임스 웹 우주 망원경 및 전 세계 여러 관측소를 포함한 글로벌 연구에 참여하고 있습니다.

Purdue Quantum Science and Engineering Institute(PQSEI) 소개

디스커버리 파크 지구에 위치한 PQSEI는 양자 과학의 실용적이고 영향력 있는 측면의 개발을 촉진하고 미래의 기술에 통합하는 데 적합한 새로운 재료, 장치 및 기본 물리적 양자 시스템을 발견하고 연구하는 데 중점을 둡니다. 근본적인 한계에 가까운 향상된 기능과 성능을 갖춘 양자 장치의 설계 및 실현으로 이어지는 학제 간 협업을 장려하여 궁극적으로 방대한 사용자 커뮤니티에 양자 장치를 제공하는 것을 목표로 합니다. PQSEI 교수진은 양자 재료 및 장치, 양자 포토닉스, 원자 분자 및 광학 물리학, 양자 화학, 양자 측정 및 제어, 양자 시뮬레이션, 양자 정보 및 컴퓨팅을 포함한 양자 과학 및 엔지니어링의 광범위한 주제에 대해 연구합니다. 마지막으로 PQSEI는 증가하는 양자 인력 수요를 충족하기 위해 차세대 양자 과학자 및 엔지니어를 교육하기 위해 노력하고 있습니다.

자세한 내용은 클릭하세요 여기에서 지금 확인해 보세요.

연락처 :
브리트니 스테프
퍼듀 대학 (Purdue University)
사무실 : 765-494-7833

의견이 있으시면 제발 Contact 우리.

7th Wave, Inc. 또는 Nanotechnology Now가 아닌 뉴스 릴리스 발행자는 전적으로 컨텐츠의 정확성에 대한 책임이 있습니다.

서표: