โลหะแปลก ๆ กลายเป็นคนแปลกหน้ายิ่งขึ้น

ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1986 แต่ฟิสิกส์ที่เป็นสาเหตุของปรากฏการณ์นี้ยังคงปกคลุมไปด้วยความลึกลับ ในปี 1990 นักวิจัยค้นพบว่า เหนืออุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวด ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงตามแบบฉบับ cuprates สามารถประพฤติตัวเป็นโลหะ “แปลก” ซึ่งความต้านทานไฟฟ้าไม่แปรผันตามที่คาดไว้กับอุณหภูมิ ตอนนี้นักวิจัยที่นำโดย Arkady Shekhter 

จาก National High Magnetic Field Laboratory 

ในสหรัฐอเมริกาได้แสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมแปลก ๆ แบบเดียวกันนี้มีผลกับความต้านทานที่แตกต่างกันไปตามสนามแม่เหล็ก ผลลัพธ์อาจมีนัยพื้นฐานสำหรับความเข้าใจของเราเกี่ยวกับธรรมชาติของตัวนำยิ่งยวดและอื่นๆ อีกมากมาย

ในขณะที่ทฤษฎีการนำไฟฟ้ายิ่งยวดของ BCS แบบดั้งเดิม (ตั้งชื่อตามนักพัฒนาของ Bardeen, Cooper และ Schrieffer) ไม่สามารถอธิบายความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่สูงกว่า 30 K ได้ แต่ก็แสดงให้เห็นว่า cuprates ยังคงรักษาคุณสมบัติตัวนำยิ่งยวดไว้ที่อุณหภูมิสูงถึง 130 K แม้ว่าวัสดุจะทำได้ในที่สุด ทิ้งความเป็นตัวนำยิ่งยวดของพวกเขา cuprates ยังคงทำให้งงเพราะพฤติกรรมโลหะที่ผิดปกติของพวกมัน

จากข้อมูลของ Shekhter คุณสมบัติของโลหะทั่วไปสามารถทำนายได้จากทฤษฎี Fermi-liquid ซึ่งเป็นการประมาณค่าพฤติกรรมทางกลควอนตัมของวัสดุโลหะที่ได้รับแรงบันดาลใจและใช้งานง่าย ทฤษฎีนี้พัฒนาโดย Lev Landau นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต ถือว่าอิเล็กตรอนจำนวนมากเป็นควอซิอนุภาค “วัสดุใดๆ ก็ตามมีอิเลคตรอนจำนวนมหาศาล ดังนั้นจึงไม่มีคำตอบที่แน่นอน” เชคเตอร์อธิบาย “ทฤษฎี Fermi-liquid ไม่ใช่พฤติกรรมเดียวที่สอดคล้องกับวัสดุที่เป็นโลหะและเป็นกลไกควอนตัม – แต่เป็นสิ่งที่เรารู้และเป็นสิ่งที่ใช้ได้กับโลหะแทบทุกชนิดที่เราพบในชีวิตปกติ” นำไปใช้กับ cuprates และสิ่งที่แปลกประหลาด

ทฤษฎีเฟอร์มี-ของเหลวคาดการณ์ว่าที่อุณหภูมิต่ำ 

ความต้านทานของโลหะควรขึ้นอยู่กับกำลังสองของอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม ความต้านทานของ cuprates จะแปรผันตามอุณหภูมิจนถึงจุดที่พวกมันกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด ต่อมาได้มีการค้นพบโลหะ “แปลก” อื่นๆ ที่คล้ายกัน หรือของเหลวที่ไม่ใช่เฟอร์มีจำนวนมาก ซึ่งส่วนใหญ่ไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวด Louis Tailleferจากมหาวิทยาลัย Sherbrooke ในควิเบก ประเทศแคนาดากล่าวว่า “ไม่มีคำอธิบายทางทฤษฎีเกี่ยวกับความต้านทานแบบอุณหภูมิเชิงเส้นในขณะนี้ “มันยังคงเป็นผลลัพธ์ที่น่าประหลาดใจ”

หากไม่มีคำอธิบายดังกล่าว นักวิจัยได้ดึงแรงบันดาลใจจากด้านอื่นๆ ของฟิสิกส์พื้นฐาน นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีJan Zaanenแห่งมหาวิทยาลัย Leiden ในเนเธอร์แลนด์เสนอว่าปรากฏการณ์นี้อาจเป็นผลมาจากการสลายตัวของหลักการกีดกัน Pauli เพื่อให้อนุภาคทั้งหมดพันกัน ซึ่งเป็นแนวคิดที่เขาอธิบายว่าเป็น “ฟิสิกส์ของอนุภาค” นักทฤษฎีสตริงได้วาดความคล้ายคลึงกันระหว่างฟิสิกส์ของโลหะแปลก ๆ กับคุณสมบัติของหลุมดำที่มีประจุ

ตัวนำยิ่งยวดในสนามแม่เหล็กในปี 2016 ทีมวิจัยที่นำโดยJames Analytisแห่ง University of California, Berkeley ได้ค้นพบลักษณะที่น่าสนใจของสถานะโลหะประหลาดของตัวนำยิ่งยวดที่เป็นเหล็ก pnictide ที่สนามสูง พวกเขาพบว่าความต้านทานเป็นสัดส่วนอย่างสมบูรณ์กับสนาม . เช่นเดียวกับอุณหภูมิ ทฤษฎี Fermi-liquid คาดการณ์ว่ามันควรจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของมัน

ในงานวิจัยใหม่นี้ Shekhter ซึ่งเป็นผู้เขียนร่วม

ของการศึกษาปี 2016 ได้ทำงานร่วมกับเพื่อนร่วมงานในสหรัฐอเมริกา โคลัมเบีย และเยอรมนีเพื่อตรวจสอบว่ามี “ความต้านทานเชิงเส้น B-linear” แบบเดียวกันในถ้วยแก้วหรือไม่ พวกเขาทดสอบความต้านทานของฟิล์มบางของ lathanum cuprate ที่เจือสตรอนเทียม โดยพบว่ามีสัดส่วนเชิงเส้นตรงกับสนามแม่เหล็กในช่วงอุณหภูมิที่หลากหลายที่สนามสูงถึง 80 เทสลา ซึ่งเป็นค่าสูงสุดที่พวกเขาทดสอบ Shekhter กล่าวว่าผลลัพธ์เหล่านี้ให้การยืนยันที่สำคัญว่าทฤษฎี Fermi-liquid ไม่สามารถอธิบายโลหะแปลก ๆ ได้

รูปถ่ายของแม่เหล็ก 100 เทสลาที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอาลามอสตามรายงานของ Shekhter แม่เหล็ก 100 T ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Los Alamos ในสหรัฐอเมริกาคือ “วีรบุรุษตัวจริง” ของงานนี้ “พฤติกรรมเชิงเส้นในอุณหภูมิทำให้ห้องเลื้อยบางห้องเพื่อใช้ภาษาทั่วไปของโลหะและทำให้ซับซ้อนขึ้นอีกเล็กน้อย” เขาอธิบาย “เมื่อคุณมีพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กที่ผิดปกติอย่างมากที่สนามสูง มันจะเหลือที่ว่างสำหรับการเก็งกำไรน้อยลงมาก เท่าที่ฉันรู้นักทฤษฎีชั้นนำยังคงงงงวยอยู่”

Taillefer เห็นด้วย “คุณไม่สามารถเสนอให้เข้าใจอะไรเกี่ยวกับความต้านทานเชิงเส้นแบบ T ได้เว้นแต่ความเข้าใจของคุณรวมถึง cuprates ดังนั้นความต้านทาน B-linear นี้จะไม่ถือว่าเป็นปรากฏการณ์โลหะแปลก ๆ สากลเว้นแต่จะเคยเห็นที่นั่นด้วย” เขากล่าว

เขาอธิบายเอกสารฉบับปัจจุบันซึ่งเขาไม่ได้เกี่ยวข้องว่าเป็น “ผลที่ยั่วเย้าซึ่งสำคัญมากหากปรากฏว่าเป็นจริง” คำเตือนของเขาเกิดจากการที่สนามทดสอบมีระยะค่อนข้างน้อย “ความเป็นตัวนำยิ่งยวดในถ้วยแก้วเหล่านี้มีความแข็งแรงมาก ดังนั้นคุณจำเป็นต้องมีลำดับ 60 หรือ 70 T ก่อนที่คุณจะสามารถดูค่าความต้านทานไฟฟ้าในสภาวะปกติได้” เขาอธิบาย “ดังนั้นแม้ว่าพวกเขาจะไปที่ 80 T – ซึ่งแข็งแกร่งมาก – คุณไม่มีขอบเขตที่ดีเพื่อดูว่าความสัมพันธ์เป็นแบบเส้นตรงหรือไม่”

ในขณะเดียวกัน Jan Zaanen รู้สึกตื่นเต้น “งานปัจจุบันเป็นเพียงส่วนหนึ่งของการพัฒนาขนาดใหญ่ที่กำลังรวบรวมไอน้ำในชุมชนทดลอง” เขากล่าว “ค่อนข้างผิดปกติ มันได้รับแรงบันดาลใจจากการพัฒนาที่ล้ำสมัยในฟิสิกส์ทฤษฎีพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีสตริง ข้อมูลควอนตัม และฟิสิกส์ของสสารควบแน่นหลายตัว ซึ่งผ่านการบรรจบกันโดยบังเอิญในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา”

Zaanen กล่าวต่อว่า “นี่ไม่ใช่สิ่งที่ไม่ธรรมดา แต่อาจเป็นการพัฒนาที่ก้าวล้ำในฟิสิกส์พื้นฐาน โดยมีการแยกส่วนเพื่อเปรียบเทียบคอมพิวเตอร์ควอนตัมและแม้แต่แรงโน้มถ่วงควอนตัม”

ในการตรวจสอบกลไกของปฏิกิริยาเคมี นักวิจัยรู้สึกประหลาดใจที่ได้จับปฏิกิริยาที่ผิดปกติซึ่งอยู่ตรงกลางซึ่งประกอบด้วยไอออนของเหล็ก (III) ที่ผูกมัดกับโมเลกุลคาร์บีนอยด์ ในขณะที่การค้นพบนี้ขัดต่อความเชื่อที่มีอยู่ก่อนหน้านี้ในสาขานี้ นักวิจัยยืนยันผลลัพธ์โดยใช้ทั้งการตรวจสอบผลึกและการสร้างแบบจำลองทางเคมีควอนตัม การตรวจสอบเหล่านี้ชี้ให้เห็นหนทางที่เป็นไปได้ในอนาคตที่ยังไม่ได้สำรวจสำหรับวิศวกรรมในอนาคตของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา

ในการศึกษาเชิงลึกโดยใช้คลังแสงของเทคนิคต่างๆ ที่ประกอบด้วยการคำนวณควอนตัมและการกำหนดลักษณะทางกายภาพ ทำให้เกิดภาพที่สมบูรณ์ของกลไกการเกิดปฏิกิริยา เพื่อให้นักวิจัยสามารถทำแผนที่สิ่งที่เรียกว่าภูมิทัศน์พลังงานอิสระ เรื่องนี้บอกเล่าเรื่องราวของปฏิกิริยาอย่างเต็มรูปแบบในแต่ละขั้นตอนของโมเลกุลและการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>ป๊อกเด้งออนไลน์ ขั้นต่ำ 5 บาท