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Flutuações cientistas Medida em Supercondutividade Usando Espectroscopia Terahertz

Published on February 14, 2011 at 4:58 AM

Como parte de um esforço contínuo para descobrir detalhes de como supercondutores de alta temperatura carregar a corrente elétrica sem resistência, os cientistas da Johns Hopkins University e do Departamento dos EUA de Brookhaven da Energia do Laboratório Nacional mediram variações na supercondutividade em uma ampla gama de temperaturas usando terahertz espectroscopia .

Sua técnica lhes permite ver flutuações duradoura bilionésimos mero de um bilionésimo de segundo, e revela que essas flutuações passageiras desaparecem 15/10 Kelvin (K) acima da temperatura de transição (T c) em que a supercondutividade conjuntos pol

Os cientistas estudaram um supercondutor contendo quantidades variáveis ​​de lantânio e estrôncio em camadas com óxido de cobre. As amostras foram fabricadas em Brookhaven, usando um único sistema de camadas atômicas epitaxia de feixe molecular que permite a síntese digital de atomicamente lisa e perfeita de filmes finos.

"Nossas descobertas sugerem que em supercondutores cuprate, a transição para o estado não-supercondutor é impulsionado por uma perda de coerência entre os pares de elétrons", disse o físico Brookhaven Ivan Bozovic, um co-autor de um artigo descrevendo os resultados na revista Nature Physics on-line , 13 de fevereiro de 2011.

Os cientistas têm procurado uma explicação de alta T c supercondutividade em cupratos uma vez que esses materiais foram descobertos cerca de 25 anos atrás. Porque eles podem operar em temperaturas muito mais quentes do que os supercondutores convencionais, o que deve ser resfriado a quase zero absoluto (0 K ou -273 graus Celsius), os supercondutores de alta T c têm o potencial de aplicações do mundo real. Se os cientistas podem desvendar o mecanismo de transporte de corrente, eles podem até ser capaz de descobrir ou projetar versões que operam à temperatura ambiente para aplicações tais como perda zero de linhas de transmissão de energia. Por esta razão, muitos pesquisadores acreditam que a compreensão de como esta transição para a supercondutividade ocorre em cupratos é uma das questões mais importantes aberto em física hoje.

Nos supercondutores convencionais, os pares de elétrons forma na temperatura de transição e condensar em um estado coletivo, coerente para transportar corrente sem resistência. Em variedades de alto T c, que pode operar em temperaturas de até 165 K, existem algumas indicações de que os pares de elétrons podem formar a temperaturas 100-200 K maior, mas apenas condensar a tornar-se coerente quando resfriados à temperatura de transição.

Para explorar a transição de fase, a equipe da Johns Hopkins-BNL procurou evidências de flutuações supercondutores acima T c.

"Essas flutuações são algo como pequenas ilhas ou gotículas de supercondutividade, em que os pares de elétrons são coerentes, que aparecem aqui e ali e viver por um tempo e depois evaporam a aparecer novamente em outro lugar", disse Bozovic. "Essas flutuações ocorrem em cada supercondutor", explicou ele, "mas em que os convencionais só muito, muito perto de T c - a transição é de fato muito forte."

Alguns cientistas especulam que em cupratos, pelo contrário, as flutuações supercondutoras podem existir em uma região extremamente amplo, todo o caminho até a temperatura em que forma os pares de elétrons. No presente estudo, os cientistas resolver esta questão de frente, através da medição da condutividade em função da temperatura e da frequência até a faixa dos terahertz.

"Com essa técnica, pode-se ver como flutuações supercondutoras de curta duração como um bilionésimo de um bilionésimo de segundo - o mais curto possível - e sobre o diagrama de fases inteiras", disse Bozovic.

Os cientistas estudaram um supercondutor contendo quantidades variáveis ​​de lantânio e estrôncio em camadas com óxido de cobre. As amostras foram fabricadas em Brookhaven, usando um único sistema de camadas atômicas epitaxia de feixe molecular que permite a síntese digital de atomicamente lisa e perfeita de filmes finos. Medições Terahertz espectroscopia foram realizados na Universidade Johns Hopkins.

A descoberta central foi um tanto surpreendente: os cientistas claramente observado flutuações supercondutoras, mas estas flutuações desapareceu de forma relativamente rápida, dentro de cerca de 10-15 K acima de T c, independentemente da relação de lantânio / estrôncio.

Isto implica que em cupratos na temperatura de transição, os pares de elétrons perdem sua coerência. Isto está em contraste com o que acontece em supercondutores convencionais, onde os pares de elétrons quebram na temperatura de transição.

"Então, ao contrário de supercondutores convencionais, a transição em cupratos não é impulsionado por elétrons de emparelhamento (de), mas sim pela perda de coerência entre os pares - ou seja, por flutuações de fase", disse Bozovic. "A esperança é que a compreensão deste processo em detalhes pode trazer-nos um passo mais perto para quebrar o enigma da supercondutividade de alta temperatura."

Esta pesquisa foi suportada pelo escritório da CORÇA da ciência.

Fonte: http://www.bnl.gov/

Last Update: 3. October 2011 22:34

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