您的位置:首页>科技 >内容

具有准晶体结构的合金的超导性

2019-03-09 17:40:53来源:
导读在低温下会发生非同寻常的事情。最好的例子之一肯定是超导性。这种现象,其中固体的电阻在临界温度以下降至零,已知一个世纪,现在在科学和

在低温下会发生非同寻常的事情。最好的例子之一肯定是超导性。这种现象,其中固体的电阻在临界温度以下降至零,已知一个世纪,现在在科学和工业中具有应用。物理和化学专业的学生甚至可以用超导合金制造自己的悬浮磁铁。

与大多数固体一样,大多数超导体都是结晶的:它们的原子结构是由周期性重复的细胞构成的。自20世纪80年代以来,替代形式的固体,准晶体(QC)已经变得突出。尽管QC具有对称性,如晶体,但它们没有重复单元。这种周期性的缺乏导致不寻常的电子结构。现在,在Nature Communications的一项研究中,由名古屋大学领导的研究小组首次在质量控制中发现了超导性。

该团队研究了铝,锌和镁的合金。已知结晶形式是超导的。但是,Al-Zn-Mg的结构取决于三种元素的比例。该团队发现Al对合金的性能有着至关重要的影响。正如研究第一作者Keisuke Kamiya指出的那样,“当我们在保持Mg含量几乎恒定的同时降低Al含量时,超导性的临界温度首先从~0.8降低到~0.2 K.然而,在15%Al时,发生了两件事:合金转变为准晶体,临界温度骤降至~0.05 K.“

这个极低的临界温度,仅高于绝对零度的1/20,解释了为什么证明QC中的超导性很难实现。尽管如此,QC合金显示出超导体的两个原型特征:在临界温度下的比热跃升,以及几乎完全排除来自内部的磁通量,称为迈斯纳效应。

传统晶体中的超导现在已被充分了解。在足够低的温度下,带负电的电子克服它们的相互排斥并相互吸引,成对成对。这些“库珀对”合并为玻色 - 爱因斯坦凝聚物,这是一种零电阻的物质量子态。然而,电子之间的吸引力依赖于它们与固体晶格的相互作用,而传统理论认为这是一个周期晶体,而不是QC。

对于QC合金中超导的起源,该团队考虑了三种可能性。最奇特的是“关键的本征态”:仅在绝对零度附近发现的特殊电子态。电子本征态在晶体中延伸,并且定位在随机实体中,但QC中关键本征态的空间范围 - 既不是周期性的也不是随机的 - 尚不清楚。但是,该团队根据他们的测量结果对其进行了排除。这导致了Cooper对,无论是扩展的还是不太常见的“弱耦合”变种。事实上,该合金非常类似于典型的弱耦合超导体。

“有趣的是,这种合金的超导性与其准晶性无关,但与所谓的脏晶体相似,”相应的作者Noriaki K. Sato说。“然而,准晶体理论也预测了基于QC中分形几何的另一种超导形式。我们认为分形超导性很可能至少会产生一些贡献,我们很乐意最终对其进行测量。”

免责声明:本文由用户上传,如有侵权请联系删除!

猜你喜欢

最新文章