Şimdi Nanoteknoloji - Basın Bülteni: Purdue'deki Araştırmacılar Süperiletken Görüntülerin Aslında 3 Boyutlu ve Düzensiz Fraktallar Olduğunu Keşfediyor

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Ana Sayfa > Basın > Purdue'deki araştırmacılar, süperiletken görüntülerin aslında 3B ve düzensizlik odaklı fraktallar olduğunu keşfettiler

Özet:
Dünyanın enerji talebini karşılamak kritik bir noktaya ulaşıyor. Teknolojik çağa güç vermek, küresel olarak sorunlara neden oldu. Ortam basıncı ve sıcaklığında çalışabilen süper iletkenler oluşturmak giderek daha önemli hale geliyor. Bu, enerji krizini çözmek için uzun bir yol kat edecektir.

Purdue'deki araştırmacılar, süper iletken görüntülerin aslında 3B ve düzensizlik odaklı fraktallar olduğunu keşfettiler.

Batı Lafayette, IN | 12 Mayıs 2023 tarihinde yayınlandı

Süperiletkenlik ile ilgili gelişmeler, kuantum malzemelerdeki ilerlemelere bağlıdır. Kuantum malzemelerinin içindeki elektronlar bir faz geçişine uğradığında, elektronlar fraktallar gibi karmaşık desenler oluşturabilir. Bir fraktal hiç bitmeyen bir modeldir. Bir fraktalı yakınlaştırırken, görüntü aynı görünüyor. Yaygın olarak görülen fraktallar, kışın bir pencere camındaki bir ağaç veya don olabilir. Fraktallar, bir penceredeki kırağı gibi iki boyutta veya bir ağacın dalları gibi üç boyutlu uzayda oluşabilir.

Purdue Üniversitesi'nde 150. Yıldönümü Fizik ve Astronomi Profesörü olan Dr. Erica Carlson, kalıpları yönlendiren temel fiziği ortaya çıkarmak için bu elektronların oluşturduğu fraktal şekilleri karakterize etmek için teorik teknikler geliştiren bir ekibe liderlik etti.

Teorik bir fizikçi olan Carlson, süper iletken Bi2-xPbzSr2-yLayCuO6+x (BSCO) içindeki elektronların konumlarının yüksek çözünürlüklü görüntülerini değerlendirdi ve bu görüntülerin gerçekten fraktal olduğunu belirledi ve üç boyutlu uzayın tamamına yayıldığını keşfetti. malzeme tarafından işgal edilmiş, bir ağaç doldurma alanı gibi.

Bir zamanlar fraktal görüntülerde rastgele dağılımlar olarak düşünülen şey, amaca yöneliktir ve şaşırtıcı bir şekilde, beklendiği gibi altta yatan bir kuantum faz geçişinden değil, düzensizlik kaynaklı bir faz geçişinden kaynaklanmaktadır.

Carlson, birden fazla kurumda işbirliğine dayalı bir araştırmacı ekibine liderlik etti ve "Bi2-xPbzSr2-yLayCuO6+x'teki süper iletken doping aralığı boyunca kritik nematik korelasyonlar" başlıklı bulgularını Nature Communications'da yayınladı.

Ekip, Purdue bilim adamlarını ve ortak kurumları içerir. Purdue'dan ekip Carlson, Dr. Forrest Simmons, yeni doktora öğrencisi ve eski doktora öğrencileri Dr. Shuo Liu ve Dr. Benjamin Phillabaum'u içermektedir. Purdue ekibi, çalışmalarını Purdue Kuantum Bilim ve Mühendislik Enstitüsü (PQSEI) bünyesinde tamamladı. Ortak kurumlardan oluşan ekipte Dr. Jennifer Hoffman, Dr. Can-Li Song, Harvard Üniversitesi'nden Dr. Elizabeth Main, Urbana-Champaign Üniversitesi'nden Dr. Karin Dahmen ve Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'nden Dr. Eric Hudson yer almaktadır.

"Carlson ve işbirlikçileri tarafından kuprat yüksek sıcaklıklı bir süperiletkenin kristal yüzeylerinin STM görüntülerinden zekice çıkarılmış olan yönelimsel ('nematik') alanların fraktal kalıplarının gözlemlenmesi ilginç ve kendi başına estetik açıdan çekici, ama aynı zamanda önemli ölçüde temel. Stanford Üniversitesi'nde Prabhu Goel Ailesi Profesörü ve kuantum malzemelerinde yeni elektronik durumlar konusunda uzmanlaşmış bir teorik fizikçi olan Dr. Tipik olarak daha ilkel bir yük-yoğunluk-dalga düzeninin bir avatarı olduğu düşünülen bir tür nematik düzenin, cupratlar teorisinde önemli bir rol oynadığı varsayılmıştır, ancak bu önermenin lehine olan kanıtlar daha önce en iyi ihtimalle belirsiz. Carlson ve diğerlerinin analizinden iki önemli çıkarım vardır: 1) Nematik alanların fraktal görünmesi, korelasyon uzunluğunun – nematik düzenin tutarlılığı koruduğu mesafe – deneyin görüş alanından daha büyük olduğunu ima eder, bu, diğer mikroskobik ölçeklere kıyasla çok büyük olduğu anlamına gelir. 2) Düzeni karakterize eden örüntülerin, klasik istatistiksel mekaniğin paradigmatik modellerinden biri olan üç boyutlu rasgele alan Ising modeli çalışmalarından elde edilenlerle aynı olması, nematik düzenin kapsamının dışsal tarafından belirlendiğini düşündürür. miktarları ve doğası gereği (yani kristalimsi kusurların yokluğunda), sadece yüzey boyunca değil, kristal kütlesinin derinliklerine kadar uzanan daha uzun menzilli korelasyonlar sergileyecektir.

Bu fraktalların yüksek çözünürlüklü görüntüleri, Hoffman'ın Harvard Üniversitesi'ndeki laboratuvarında ve şimdi Penn State'te bulunan Hudson'ın laboratuvarında, bir kuprat süper iletkeni olan BSCO'nun yüzeyindeki elektronları ölçmek için taramalı tünelleme mikroskopları (STM) kullanılarak özenle çekildi. Mikroskop, BSCO'nun üst yüzeyi boyunca atom atom tarar ve buldukları şey, aynı yön yerine iki farklı yöne giden şerit yönelimleriydi. Yukarıda kırmızı ve mavi olarak görülen sonuç, elektronik şerit yönelimlerinin ilginç modellerini oluşturan pürüzlü bir görüntüdür.

Carlson, "Deliklerin içindeki delikler ve süslü telkariyi andıran kenarları olan elektronik modeller karmaşıktır" diye açıklıyor. "Fraktal matematiğin tekniklerini kullanarak, bu şekilleri fraktal sayıları kullanarak karakterize ediyoruz. Ek olarak, kaç kümenin belirli bir boyutta olduğu ve sitelerin aynı kümede olma olasılığı gibi şeyleri karakterize etmek için aşama geçişlerinden istatistik yöntemleri kullanıyoruz.”

Carlson grubu bu kalıpları analiz ettikten sonra şaşırtıcı bir sonuç buldular. Bu örüntüler, düz tabaka fraktal davranışı gibi sadece yüzeyde oluşmaz, üç boyutta boşluğu doldurur. Bu keşif için simülasyonlar, Purdue Üniversitesi'nde Rosen Center for Advanced Computing'deki Purdue süper bilgisayarları kullanılarak gerçekleştirildi. Beş farklı doping seviyesindeki numuneler Harvard ve Penn State tarafından ölçüldü ve sonuç, beş numunenin tümü arasında benzerdi.

Illinois (Dahmen) ve Purdue (Carlson) arasındaki benzersiz işbirliği, küme tekniklerini düzensiz istatistiksel mekanikten süper iletkenler gibi kuantum malzemeleri alanına getirdi. Carlson'ın grubu, tekniği kuantum malzemelerine uygulamak için uyarladı ve ikinci dereceden faz geçişleri teorisini kuantum malzemelerindeki elektronik fraktallara genişletti.

Carlson, "Bu, bakır süperiletkenlerin nasıl çalıştığını anlamamıza bir adım daha yaklaştırıyor" diye açıklıyor. "Bu süper iletken ailesinin üyeleri, şu anda ortam basıncında meydana gelen en yüksek sıcaklıktaki süper iletkenlerdir. Ortam basıncı ve sıcaklığında çalışan süper iletkenler elde edebilirsek, enerji krizini çözmek için uzun bir yol kat edebiliriz çünkü şu anda elektronikleri çalıştırmak için kullandığımız teller süper iletkenler yerine metaller. Metallerin aksine, süper iletkenler akımı mükemmel bir şekilde enerji kaybı olmadan taşırlar. Öte yandan, dış elektrik hatlarında kullandığımız tüm teller, akım taşıdıkları süre boyunca enerji kaybeden metaller kullanır. Süperiletkenler de ilgi çekicidir çünkü çok yüksek manyetik alanlar ve manyetik kaldırma için kullanılabilirler. Şu anda hastanelerdeki MRI'larda ve havada asılı duran trenlerde (büyük soğutma cihazlarıyla birlikte!) kullanılıyorlar.”

Carlson grubu için sonraki adımlar, Carlson-Dahmen küme tekniklerini diğer kuantum malzemelerine uygulamaktır.

"Bu küme tekniklerini kullanarak, vanadyum dioksit (VO2) ve neodimyum nikelatlar (NdNiO3) dahil olmak üzere diğer kuantum malzemelerinde de elektronik fraktallar belirledik. Bu davranışın aslında kuantum materyallerde oldukça yaygın olabileceğinden şüpheleniyoruz” diyor Carlson.

Bu tür bir keşif, kuantum bilimcilerini süperiletkenlik bilmecelerini çözmeye yaklaştırıyor.

Carlson, "Kuantum malzemelerinin genel alanı, malzemelerin kuantum özelliklerini ön plana çıkarmayı, onları kontrol edebileceğimiz ve teknoloji için kullanabileceğimiz bir yere getirmeyi amaçlıyor" diye açıklıyor. "Yeni bir tür kuantum malzemesi keşfedildiğinde veya yaratıldığında, ressamların resim yapmak için yeni bir renk keşfetmesi kadar dramatik yeni yetenekler kazanıyoruz."

Purdue Üniversitesi'nde bu araştırma için yapılan çalışmanın finansmanına Ulusal Bilim Vakfı, Bilsland Tez Bursu (Dr. Liu için) ve Bilimsel İlerleme Araştırma Şirketi dahildir.

####

Purdue Üniversitesi Hakkında
Purdue Üniversitesi, günümüzün en zorlu sorunlarına pratik çözümler geliştiren en iyi kamu araştırma kurumudur. US News & World Report tarafından son beş yılın her birinde Amerika Birleşik Devletleri'ndeki En Yenilikçi 10 üniversiteden biri olarak gösterilen Purdue, dünyayı değiştiren araştırmalar ve bu dünya dışı keşifler sunuyor. Uygulamalı ve çevrimiçi, gerçek dünya öğrenimine kendini adamış olan Purdue, herkese dönüştürücü bir eğitim sunuyor. Satın alınabilirlik ve erişilebilirlik taahhüdünde bulunan Purdue, öğrenim ücretini ve çoğu ücreti 2012-13 seviyelerinde dondurarak, her zamankinden daha fazla öğrencinin borçsuz mezun olmasını sağladı. Purdue'nin bir sonraki dev sıçramanın ısrarlı takibinde nasıl asla durmadığını görün. https://stories.purdue.edu .

Purdue Üniversitesi Fizik ve Astronomi Bölümü Hakkında

Purdue Fizik ve Astronomi Bölümü, 1904 yılına kadar uzanan zengin ve uzun bir geçmişe sahiptir. Fakültemiz ve öğrencilerimiz, atomaltından makroskobik boyutlara ve aradaki her şeye kadar doğayı tüm uzunluk ölçeklerinde keşfediyorlar. Yeni bilimsel sınırları zorlayan fakülte, doktora sonrası ve öğrencilerden oluşan mükemmel ve çeşitli bir toplulukla, dinamik bir öğrenme ortamı, kapsayıcı bir araştırma topluluğu ve ilgi çekici bir bilim insanı ağı sunuyoruz.

Fizik ve Astronomi, Purdue Üniversitesi Fen Fakültesi bünyesindeki yedi bölümden biridir. Astrofizik, atomik ve moleküler optik, hızlandırıcı kütle spektrometrisi, biyofizik, yoğun madde fiziği, kuantum bilgi bilimi, parçacık ve nükleer fizik alanlarında birinci sınıf araştırmalar yapılmaktadır. En son teknolojiye sahip tesislerimiz Fizik Binası'ndadır, ancak araştırmacılarımız ayrıca Purdue'deki Discovery Park Bölgesi'nde, özellikle Birck Nanoteknoloji Merkezi ve Bindley Biyobilim Merkezi'nde disiplinler arası çalışmalar yürütmektedir. Ayrıca CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, Argonne Ulusal Laboratuvarı, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, Fermilab, Stanford Doğrusal Hızlandırıcı, James Webb Uzay Teleskobu ve dünya çapındaki çeşitli gözlemevleri dahil olmak üzere küresel araştırmalara katılıyoruz.

Purdue Kuantum Bilimi ve Mühendisliği Enstitüsü (PQSEI) Hakkında

Discovery Park Bölgesi'nde bulunan PQSEI, kuantum biliminin pratik ve etkili yönlerinin geliştirilmesini teşvik eder ve yarının teknolojisine entegrasyon için uygun olacak yeni malzemeler, cihazlar ve temel fiziksel kuantum sistemlerini keşfetmeye ve incelemeye odaklanır. Gelişmiş işlevselliğe ve temel sınıra yakın performansa sahip kuantum cihazlarının tasarımına ve gerçekleştirilmesine yol açan disiplinler arası işbirliğini teşvik eder ve nihai olarak onları geniş bir kullanıcı topluluğuna ulaştırmayı amaçlar. PQSEI fakültesi, kuantum malzemeleri ve cihazları, kuantum fotoniği, atomik moleküler ve optik fizik, kuantum kimyası, kuantum ölçümü ve kontrolü, kuantum simülasyonu ve kuantum bilgisi ve hesaplama dahil olmak üzere kuantum bilimi ve mühendisliğinde çok çeşitli konularda çalışır. Son olarak, PQSEI, artan kuantum iş gücü taleplerini karşılamak için yeni nesil kuantum bilim insanlarını ve mühendislerini eğitmek için çalışıyor.

Daha fazla bilgi için lütfen tıklayın okuyun

İletişim:
Brittany Steff
Purdue Üniversitesi
Ofis: 765-494-7833

Telif Hakkı © Purdue Üniversitesi

Bir yorumunuz varsa, lütfen İletişim bize.

7th Wave, Inc. veya Nanotechnology Now değil, haber bültenleri yayıncıları yalnızca içeriğin doğruluğundan sorumludur.

Yer imi: