Двадцать два года назад физики обнаружили, что определенные материалы, содержащие медь и кислород, могли нести электричество без любого сопротивления при необъяснимо высоких температурах – много больше абсолютного нуля несмотря на то, что все еще намного более холодный, чем зима в Фарго, Северная Дакота. Такая «высокотемпературная сверхпроводимость» остается самой большой тайной в физике материалов, и некоторые ученые пытаются решить его необычным способом путем моделирования кристаллов с образцами лазерного света и затяжками ультрахолодных атомов. Теперь, бригада в Швейцарии сделала ключевой шаг в том усилии путем репликации основной отправной точки, из которой сверхпроводимость, как думают, появляется – своего рода пробка, в которую ничто не перемещается.
Высокотемпературные сверхпроводники несут электричество без любого сопротивления при температурах целых 138 kelvin – три раза самая высокая температура для обычного сверхпроводника. Материалы содержат самолеты медных и кислородных ионов. Электроны в самолетах разделяют на пары, и это соединение позволяет электронам скользить вдоль самолетов без любого электрического сопротивления, найденного в нормальных материалах. Однако физики не уверены, что склеивает пары во-первых.
То, что, кажется, происходит, является этим: При низких температурах электроны в самолетах прижимаются друг к другу сильно. Это заставляет их застревать в крупной пробке, названной «Государством» изолятора Mott.
Затем если состав материала приспособлен для вынимания нескольких электронов, остальные так или иначе разделяют на пары для течения беспрепятственные. Или таким образом, идея идет. Никто не доказал математически, что эта «модель Хаббарда» сильного отпора электронам, прыгающим вокруг в самолетах, производит сверхпроводимость.
Так, как другие во всем мире, Хеннинг Мориц, Тилмен Эсслинджер и коллеги в швейцарском федеральном Технологическом институте в Цюрихе надеются пропустить математику путем создания модели Хаббарда использованием лазерного света и атомов. Идея состоит в том, чтобы использовать пересекающиеся лазерные лучи для генерации трехмерного образца ярких пятен, подражающих шаблонному расположению ионов в кристалле. Атомы, охлажденные к меньше чем одной миллионной kelvin, заманены в ловушку в этих ярких пятнах в этой «оптической решетке» и могут прыгать между ними для имитации движению электронов.
Теперь, Эсслинджер, Мориц и коллеги достигли первого главного этапа на пути к их цели, зажатом государстве изолятора Mott с одним атомом за яркое пятно, как они сообщают на этой неделе по своей природе.Исследователи загрузили свою решетку с калием 40 атомов – выбранный, потому что они прядут в пути, делающем их особенно подобными электронам. Исследователи создали способ соответствовать части пятен, занятых двумя атомами.
Они тогда приспособили магнитное поле, управлявшее отвращением между атомами. Если атомы, прижатые к друг другу достаточно трудно, числу, удваиваются, резко упал до по существу ноля, указав, что атомы распространялись и что штат Мотт был достигнут. «Когда я начал здесь 6 лет назад, который был целью, таким образом, мы чрезвычайно рады достигнуть ее», говорит Эсслингер.Но Иммануэль Блох, экспериментатор в университете Майнца, Германия, не уверен, что швейцарская бригада имеет. Штат Мотт требует точно одного атома за место, он отмечает, и несмотря на то, что у Esslinger и коллег нет по существу мест с двумя атомами, у них может все еще быть много мест, не имеющих никого. «У Вас могло все еще быть много отверстий» в образце атомов, говорит Блох.
Однако Хенк Стуф, теоретик в университете Утрехта в Нидерландах, говорит, что результат «смотрит на меня довольно убедительный».У исследователей все еще есть два больших шага для взятия, чтобы полностью подражать высокотемпературному сверхпроводнику в холодных атомах. Во-первых, они должны уговорить соседние атомы для вращения в противоположных направлениях, подражая условию в самолетах меди-и-кислорода, известных как «антиферромагнетизм». Тот шаг может прибыть в течение года, говорят исследователи.
Последний шаг – создание пары атомов – может занять больше времени, поскольку это требует создания атомов, намного более холодных все еще.