Нанотехнології зараз – прес-реліз: Дослідники з Purdue виявили, що надпровідні зображення насправді є тривимірними фракталами, керованими безпорядком

Головна > прес > Дослідники з Purdue виявили, що надпровідні зображення насправді є тривимірними фракталами, керованими невпорядкованістю

Анотація:
Задоволення світових потреб в енергії досягає критичної точки. Енергія епохи технологій спричинила проблеми в усьому світі. Все більш важливим стає створення надпровідників, здатних працювати при тиску та температурі навколишнього середовища. Це значною мірою допоможе вирішити енергетичну кризу.

Дослідники з Purdue виявили, що надпровідні зображення насправді є тривимірними фракталами, керованими безладдям

Вест-Лафайєт, Індіана | Опубліковано 12 травня 2023 р

Досягнення надпровідності залежать від прогресу в квантових матеріалах. Коли електрони всередині квантових матеріалів зазнають фазового переходу, електрони можуть утворювати складні структури, такі як фрактали. Фрактал — це нескінченний візерунок. При збільшенні масштабу фрактала зображення виглядає так само. Часто зустрічаються фрактали можуть бути деревом або інеєм на віконному склі взимку. Фрактали можуть формуватися у двох вимірах, як іній на вікні, або в тривимірному просторі, як гілки дерева.

Доктор Еріка Карлсон, професор фізики та астрономії в Університеті Пердью, присвячений 150-річчю, очолила групу, яка розробила теоретичні методи для характеристики фрактальних форм, які утворюють ці електрони, щоб розкрити основну фізику, що керує закономірностями.

Карлсон, фізик-теоретик, оцінив зображення розташування електронів у надпровіднику Bi2-xPbzSr2-yLayCuO6+x (BSCO) з високою роздільною здатністю та визначив, що ці зображення дійсно є фрактальними, і виявив, що вони поширюються на повний тривимірний простір. займає матеріал, як дерево, що заповнює простір.

Те, що колись вважалося випадковим розсіюванням у фрактальних зображеннях, є цілеспрямованим і, що приголомшливо, пов’язане не з основним квантовим фазовим переходом, як очікувалося, а через фазовий перехід, спричинений безладдям.

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.

Команда включає вчених Пердью та партнерських установ. Команда з Пердью включає Карлсона, доктора Форреста Сіммонса, нещодавнього аспіранта, і колишніх аспірантів, доктора Шуо Лю та доктора Бенджаміна Філабаума. Команда Purdue завершила роботу в Інституті квантової науки та інженерії Purdue (PQSEI). Команда з установ-партнерів включає доктора Дженніфер Хоффман, доктора Кан-Лі Сонг, доктора Елізабет Мейн з Гарвардського університету, доктора Карін Дамен з Університету Урбана-Шампейн та доктора Еріка Хадсона з Університету штату Пенсільванія.

«Спостереження фрактальних візерунків орієнтаційних («нематичних») доменів, вміло витягнутих Карлсоном та його колегами із СТМ-зображень поверхонь кристалів купратного високотемпературного надпровідника, є цікавим і естетично привабливим саме по собі, але також має значну фундаментальну основу. Важливо розібратися з основною фізикою цих матеріалів», — каже д-р Стівен Ківельсон, професор родини Прабху Гоел у Стенфордському університеті та фізик-теоретик, який спеціалізується на нових електронних станах у квантових матеріалах. «Деяка форма нематичного порядку, яка, як правило, вважається аватаром більш примітивного порядку хвиль зарядової щільності, була припущена, що відіграє важливу роль у теорії купратів, але докази на користь цього твердження раніше були у кращому випадку неоднозначний. З аналізу Карлсона та ін. випливають два важливі висновки: 1) Той факт, що нематичні домени виглядають фрактальними, означає, що кореляційна довжина – відстань, на якій нематичний порядок підтримує когерентність – більша за поле зору експерименту, це означає, що він дуже великий порівняно з іншими мікроскопічними масштабами. 2) Той факт, що шаблони, які характеризують порядок, є такими ж, як ті, що отримані в результаті досліджень тривимірної моделі Ізінга з випадковим полем – однієї з парадиграмматичних моделей класичної статистичної механіки – свідчить про те, що ступінь нематичного порядку визначається зовнішніми величин і що внутрішньо (тобто за відсутності кристалічних недосконалостей) він демонструватиме кореляції ще більшого діапазону не лише вздовж поверхні, але й поширюючись глибоко в об’єм кристала».

Зображення цих фракталів з високою роздільною здатністю ретельно отримані в лабораторії Гофмана в Гарвардському університеті та лабораторії Хадсона, яка зараз знаходиться в штаті Пенсільванія, за допомогою скануючих тунельних мікроскопів (STM) для вимірювання електронів на поверхні купратного надпровідника BSCO. Мікроскоп сканує атом за атомом по всій верхній поверхні BSCO, і вони виявили орієнтації смуг, які йдуть у двох різних напрямках, а не в одному. Результат, показаний вище червоним і синім, є нерівним зображенням, яке утворює цікаві візерунки орієнтації електронних смуг.

«Електронні моделі складні, з отворами всередині отворів і краями, які нагадують вишукану філігрань», — пояснює Карлсон. «Використовуючи методи фрактальної математики, ми характеризуємо ці форми за допомогою фрактальних чисел. Крім того, ми використовуємо статистичні методи фазових переходів, щоб охарактеризувати такі речі, як кількість кластерів певного розміру та наскільки ймовірно, що сайти будуть в одному кластері».

Коли група Карлсона проаналізувала ці закономірності, вони виявили дивовижний результат. Ці візерунки не формуються лише на поверхні, як фрактальна поведінка плоского шару, але вони заповнюють простір у трьох вимірах. Моделювання для цього відкриття було проведено в Університеті Пердью з використанням суперкомп’ютерів Пердью в Центрі передових обчислень Розена. Зразки з п'ятьма різними рівнями допінгу були виміряні Гарвардом і Пенсильванією, і результат був однаковим для всіх п'яти зразків.

Унікальна співпраця між Іллінойсом (Дамен) і Пердью (Карлсон) принесла кластерні методи з невпорядкованої статистичної механіки в область квантових матеріалів, таких як надпровідники. Група Карлсона адаптувала цю техніку для застосування до квантових матеріалів, поширивши теорію фазових переходів другого роду на електронні фрактали в квантових матеріалах.

«Це на крок наближає нас до розуміння того, як працюють купратні надпровідники», — пояснює Карлсон. «Члени цього сімейства надпровідників наразі є надпровідниками з найвищою температурою, які виникають при тиску навколишнього середовища. Якби ми змогли отримати надпровідники, які працюють при тиску та температурі навколишнього середовища, ми могли б пройти довгий шлях до вирішення енергетичної кризи, оскільки дроти, які ми зараз використовуємо для роботи електроніки, є металами, а не надпровідниками. На відміну від металів, надпровідники прекрасно пропускають струм без втрати енергії. З іншого боку, усі дроти, які ми використовуємо у зовнішніх лініях електропередачі, містять метали, які втрачають енергію протягом усього часу, поки вони несуть струм. Надпровідники також представляють інтерес, оскільки їх можна використовувати для створення дуже сильних магнітних полів і для магнітної левітації. В даний час вони використовуються (з масивними охолоджуючими пристроями!) в МРТ у лікарнях і левітуючих поїздах».

Наступними кроками для групи Карлсона є застосування методів кластерів Карлсона-Дамена до інших квантових матеріалів.

«Використовуючи ці кластерні методи, ми також ідентифікували електронні фрактали в інших квантових матеріалах, включаючи діоксид ванадію (VO2) і нікелати неодиму (NdNiO3). Ми підозрюємо, що така поведінка насправді може бути досить поширеною в квантових матеріалах», — каже Карлсон.

Таке відкриття наближає вчених-квантістів до розгадки загадок надпровідності.

“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."

Фінансування роботи в Університеті Пердью для цього дослідження включає Національний науковий фонд, стипендію Bilsland Dissertation Fellowship (для доктора Лю) і Дослідницьку корпорацію з розвитку науки.

####

Про Університет Пердью
Університет Пердью є провідною державною науково-дослідною установою, яка розробляє практичні рішення найскладніших викликів сучасності. За останні п’ять років університет Перд’ю входить до списку 10 найінноваційніших університетів Сполучених Штатів за версією US News & World Report, проводить дослідження, що змінюють світ, і відкриває поза цим світом. Відданий практичному й онлайн-навчанню в реальному світі, Purdue пропонує трансформаційну освіту для всіх. Прагнучи доступності та доступності, Purdue заморозив плату за навчання та більшість плати на рівні 2012-13 років, дозволяючи більшій кількості студентів, ніж будь-коли, закінчити навчання без боргів. Подивіться, як Пердью ніколи не зупиняється в наполегливій гонитві за наступним гігантським стрибком https://stories.purdue.edu .

Про факультет фізики та астрономії Університету Пердью

Кафедра фізики та астрономії Пердью має багату та довгу історію, починаючи з 1904 року. Наші викладачі та студенти досліджують природу в усіх масштабах, від субатомного до макроскопічного та всього між ними. Завдяки відмінній та різноманітній спільноті викладачів, постдокторантів і студентів, які просувають нові наукові межі, ми пропонуємо динамічне навчальне середовище, інклюзивну дослідницьку спільноту та привабливу мережу вчених.

Фізика та астрономія є одним із семи факультетів наукового коледжу університету Пердью. Дослідження світового рівня проводяться в астрофізиці, атомній і молекулярній оптиці, прискорювальній мас-спектрометрії, біофізиці, фізиці конденсованих середовищ, квантовій інформатиці, елементарних і ядерній фізиці. Наші найсучасніші об’єкти розташовані у Фізичному корпусі, але наші дослідники також беруть участь у міждисциплінарній роботі в Діскавері-Парк-Дистрикт у Перд’ю, зокрема в Центрі нанотехнологій Бірка та Центрі біологічних наук Біндлі. Ми також беремо участь у глобальних дослідженнях, зокрема у Великому адронному колайдері в ЦЕРН, Аргоннській національній лабораторії, Брукхейвенській національній лабораторії, Фермілабі, Стенфордському лінійному прискорювачі, космічному телескопі Джеймса Вебба та кількох обсерваторіях по всьому світу.

Про Квантовий науково-технічний інститут Пердью (PQSEI)

Розташований в районі Діскавері-Парк, PQSEI сприяє розвитку практичних і впливових аспектів квантової науки та зосереджується на відкритті та вивченні нових матеріалів, пристроїв і основних фізичних квантових систем, які підходять для інтеграції в технології завтрашнього дня. Він заохочує міждисциплінарну співпрацю, що веде до розробки та реалізації квантових пристроїв із розширеною функціональністю та продуктивністю, близькою до фундаментальної межі, з метою врешті-решт надати їх широкій спільноті користувачів. Факультет PQSEI працює над широким колом тем квантової науки та техніки, включаючи квантові матеріали та пристрої, квантову фотоніку, атомну молекулярну та оптичну фізику, квантову хімію, квантове вимірювання та керування, квантове моделювання та квантову інформацію та обчислення. Нарешті, PQSEI працює над підготовкою наступного покоління квантових науковців та інженерів, щоб задовольнити зростаючі потреби квантової робочої сили.

Для отримання додаткової інформації натисніть тут

Контакти:
Бріттані Стефф
університет Пердью
Офіс: 765-494-7833

Авторське право © Університет Пердью

Якщо у вас є коментар, будь ласка Контакти нам.

Видавці випусків новин, а не 7th Wave, Inc. або Nanotechnology Now, несуть повну відповідальність за точність змісту.

Закладка:

Посилання

НАЗВА СТАТТІ

Новини преси

Новини та інформація

Дослідження демонструє, що Ta2NiSe5 не є екситонним ізолятором. Міжнародна дослідницька група вирішує десятирічну дискусію навколо мікроскопічного походження порушення симетрії в об’ємному кристалі Травень 12th, 2023

Прямий лазерний запис гнучких датчиків вологості на основі Ga2O3/рідкого металу Травень 12th, 2023

Прорив в оптичних властивостях MXenes - двовимірні гетероструктури дають нові ідеї Травень 12th, 2023

Нова конструкція перовскітної електрохімічної комірки для випромінювання та виявлення світла Травень 12th, 2023

Надпровідність

Знищення надпровідності в металі кагоме: електронний контроль квантових переходів у кандидатському матеріалі для майбутньої низькоенергетичної електроніки Березень 3rd, 2023

До високопровідних молекулярних матеріалів із частково окисленою органічною нейтральною молекулою: у безпрецедентному подвигу дослідники з Японії розробили органічний, стійкий до повітря, високопровідний нейтральний молекулярний кристал з унікальними електронними властивостями Січень 20th, 2023

Нові гібридні структури можуть прокласти шлях до більш стабільних квантових комп’ютерів: дослідження показує, що об’єднання топологічного ізолятора з одношаровим надпровідником може підтримувати теоретичну топологічну надпровідність Жовтень 28th, 2022

«Щільний» потенціал наноструктурованих надпровідників: вчені використовують нетрадиційний метод іскрового плазмового спікання для отримання високощільного надпровідного об’ємного дибориду магнію з високою щільністю струму Жовтень 7th, 2022

Державне законодавство / Положення / Фінансування / Політика

За допомогою нового експериментального методу дослідники вперше досліджують спінову структуру в 2D-матеріалах: спостерігаючи спінову структуру в графені з «магічним кутом», команда вчених під керівництвом дослідників Університету Брауна знайшла обхідний шлях для давно існуючої перешкоди в цій галузі. з двох Травень 12th, 2023

Оптична комутація на рекордних швидкостях відкриває двері для надшвидкої, легкої електроніки та комп’ютерів: Березень 24th, 2023

Робот Caterpillar демонструє новий підхід до пересування для м’якої робототехніки Березень 24th, 2023

Напівпровідникова решітка поєднує електрони та магнітні моменти Березень 24th, 2023

Можливе майбутнє

Прямий лазерний запис гнучких датчиків вологості на основі Ga2O3/рідкого металу Травень 12th, 2023

Прорив в оптичних властивостях MXenes - двовимірні гетероструктури дають нові ідеї Травень 12th, 2023

Нова конструкція перовскітної електрохімічної комірки для випромінювання та виявлення світла Травень 12th, 2023

Видавнича група Optica Publishing Group оголошує про запуск Optica Quantum: нового онлайн-журналу Gold Open Access для швидкого поширення результативних досліджень у багатьох секторах квантової інформаційної науки та технологій. Травень 12th, 2023

Відкриття

За допомогою нового експериментального методу дослідники вперше досліджують спінову структуру в 2D-матеріалах: спостерігаючи спінову структуру в графені з «магічним кутом», команда вчених під керівництвом дослідників Університету Брауна знайшла обхідний шлях для давно існуючої перешкоди в цій галузі. з двох Травень 12th, 2023

Дослідження демонструє, що Ta2NiSe5 не є екситонним ізолятором. Міжнародна дослідницька група вирішує десятирічну дискусію навколо мікроскопічного походження порушення симетрії в об’ємному кристалі Травень 12th, 2023

Прямий лазерний запис гнучких датчиків вологості на основі Ga2O3/рідкого металу Травень 12th, 2023

Прорив в оптичних властивостях MXenes - двовимірні гетероструктури дають нові ідеї Травень 12th, 2023

Сповіщення

Дослідження демонструє, що Ta2NiSe5 не є екситонним ізолятором. Міжнародна дослідницька група вирішує десятирічну дискусію навколо мікроскопічного походження порушення симетрії в об’ємному кристалі Травень 12th, 2023

Прямий лазерний запис гнучких датчиків вологості на основі Ga2O3/рідкого металу Травень 12th, 2023

Прорив в оптичних властивостях MXenes - двовимірні гетероструктури дають нові ідеї Травень 12th, 2023

Нова конструкція перовскітної електрохімічної комірки для випромінювання та виявлення світла Травень 12th, 2023

Інтерв’ю / Відгуки про книги / Есе / Доповіді / Підкасти / Журнали / Доповіді / Плакати

Прямий лазерний запис гнучких датчиків вологості на основі Ga2O3/рідкого металу Травень 12th, 2023

Прорив в оптичних властивостях MXenes - двовимірні гетероструктури дають нові ідеї Травень 12th, 2023

Нова конструкція перовскітної електрохімічної комірки для випромінювання та виявлення світла Травень 12th, 2023

Видавнича група Optica Publishing Group оголошує про запуск Optica Quantum: нового онлайн-журналу Gold Open Access для швидкого поширення результативних досліджень у багатьох секторах квантової інформаційної науки та технологій. Травень 12th, 2023

енергія

Спрямування механічної енергії в бажаному напрямку Квітень 14th, 2023

Універсальна стратегія «порошок-порошок» для отримання перовскітів, що не містять свинцю Березень 24th, 2023

Дослідники TUS пропонують простий, недорогий підхід до виготовлення проводів з вуглецевих нанотрубок на пластикових плівках: запропонований метод виробляє проводки, придатні для розробки повністю вуглецевих пристроїв, включаючи гнучкі датчики та пристрої перетворення та зберігання енергії. Березень 3rd, 2023

Зробіть їх досить тонкими, і антисегнетоелектричні матеріали стануть сегнетоелектриками Лютий 10th, 2023

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• Карбування майбутнього з Адріенн Ешлі. Доступ тут.
• Купуйте та продавайте акції компаній, які вийшли на IPO, за допомогою PREIPO®. Доступ тут.
• джерело: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57345