Bukti baru untuk fluktuasi kuantum di dekat titik kritis kuantum dalam superkonduktor – Sains Terkini

Di antara semua keadaan aneh materi yang dapat hidup berdampingan dalam materi kuantum, berdesak-desakan untuk mendapatkan keunggulan saat suhu, kerapatan elektron, dan faktor lain berubah, beberapa ilmuwan berpikir penjajaran yang sangat aneh ada di persimpangan tunggal faktor, yang disebut titik kritis kuantum atau QCP .

"Titik kritis kuantum adalah masalah yang sangat panas dan menarik untuk banyak masalah," kata Wei-Sheng Lee, staf ilmuwan di Laboratorium Akselerator Nasional SLAC Departemen Energi dan penyelidik di Institut Ilmu Bahan dan Energi Stanford (SIMES). "Beberapa menyarankan bahwa mereka bahkan analog dengan lubang hitam dalam arti bahwa mereka adalah singularitas – persimpangan seperti titik antara keadaan materi yang berbeda dalam bahan kuantum – di mana Anda bisa mendapatkan semua jenis perilaku elektron yang sangat aneh saat Anda mendekat. mereka."

Lee dan kolaboratornya melapor Fisika Alam hari ini mereka telah menemukan bukti kuat bahwa QCP dan fluktuasi yang terkait ada. Mereka menggunakan teknik yang disebut hamburan sinar-X inelastis resonan (RIXS) untuk menyelidiki perilaku elektronik dari bahan oksida tembaga, atau cuprate, yang menghantarkan listrik dengan efisiensi sempurna pada suhu yang relatif tinggi.


Yang disebut superkonduktor suhu tinggi ini adalah bidang penelitian yang ramai karena mereka dapat menghasilkan transmisi energi tanpa limbah, sistem transportasi hemat energi, dan teknologi futuristik lainnya, meskipun tidak ada yang tahu mekanisme mikroskopis yang mendasari di balik superkonduktivitas suhu tinggi. namun. Apakah QCP ada di cuprates juga merupakan masalah hangat yang diperdebatkan.

Dalam eksperimen di Diamond Light Source Inggris, tim mendinginkan cuprate hingga suhu di bawah 90 kelvin (minus 183 derajat Celcius), di mana ia menjadi superkonduktor. Mereka memusatkan perhatian mereka pada apa yang dikenal sebagai urutan muatan – garis bolak-balik pada material di mana elektron dan muatan negatifnya lebih padat atau lebih jarang.

Para ilmuwan menggairahkan cuprate dengan sinar-X dan mengukur cahaya sinar-X yang tersebar ke detektor RIXS. Hal ini memungkinkan mereka untuk memetakan bagaimana rangsangan menyebar melalui materi dalam bentuk getaran halus, atau fonon, dalam kisi atom materi, yang sulit diukur dan membutuhkan alat dengan resolusi sangat tinggi.

Pada saat yang sama, sinar-X dan fonon dapat menggairahkan elektron dalam garis urutan muatan, menyebabkan garis tersebut berfluktuasi. Karena data yang diperoleh RIXS mencerminkan hubungan antara perilaku strip muatan dan perilaku fonon, mengamati fonon memungkinkan para peneliti untuk mengukur perilaku strip urutan muatan juga.

Apa yang diharapkan para ilmuwan untuk dilihat adalah ketika garis urutan muatan semakin lemah, kegembiraan mereka juga akan memudar. "Tapi apa yang kami amati sangat aneh," kata Lee. "Kami melihat bahwa ketika urutan muatan menjadi lebih lemah dalam keadaan superkonduktor, kegembiraan urutan muatan menjadi lebih kuat. Ini adalah sebuah paradoks karena mereka harus berjalan seiring, dan itulah yang ditemukan orang dalam sistem urutan muatan lainnya."

Dia menambahkan, "Sepengetahuan saya, ini adalah eksperimen pertama tentang urutan muatan yang telah menunjukkan perilaku ini. Beberapa orang berpendapat bahwa inilah yang terjadi ketika sistem mendekati titik kritis kuantum, di mana fluktuasi kuantum menjadi begitu kuat sehingga melelehkan muatan. keteraturan, seperti halnya memanaskan es meningkatkan getaran termal dalam kisi atomnya yang kaku dan melelehkannya menjadi air. Perbedaannya adalah pelelehan kuantum, pada prinsipnya, terjadi pada suhu nol. " Dalam kasus ini, kata Lee, eksitasi urutan muatan kuat tak terduga yang terlihat dengan RIXS adalah manifestasi dari fluktuasi kuantum tersebut.


Lee mengatakan tim sekarang mempelajari fenomena ini pada kisaran suhu yang lebih luas dan pada tingkat doping yang berbeda – di mana senyawa ditambahkan untuk mengubah kerapatan elektron yang bergerak bebas dalam materi – untuk melihat apakah mereka dapat menentukan dengan tepat di mana titik kritis kuantum bisa jadi ada di materi ini.

Thomas Devereaux, ahli teori di SIMES dan penulis senior laporan tersebut, mencatat bahwa banyak fase materi dapat terjalin dalam cuprates dan bahan kuantum lainnya.

"Superkonduktor dan status magnetis, garis urutan muatan, dan sebagainya begitu terjerat sehingga Anda bisa berada di semuanya pada saat yang sama," katanya. "Tapi kami terjebak dalam cara berpikir klasik kami bahwa mereka harus menjadi salah satu cara atau yang lain."

Di sini, dia berkata, "Kami memiliki pengaruh, dan Wei-Sheng mencoba mengukurnya secara mendetail, mencoba melihat apa yang sedang terjadi."

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.