超导的另一种自旋

超导的另一种自旋

当你插上电器或在电灯开关上翻转时,电似乎会通过墙上的电线瞬间流动。但事实上,电是由被称为电子的微小粒子携带的,它们缓慢地穿过导线。在旅途中,电子偶尔撞到物质的原子上,每次碰撞都会消耗掉一些能量。

图像描述:在晶体中形成的高自旋对的艺术表现,导致超常规的超导性;

电子不受阻碍地移动的程度决定了材料导电的程度。环境的变化可以提高电导率,在某些情况下会急剧下降。例如,当某些物质被冷却到寒冷的温度时,电子就产生了协同作用,使它们能在不损失任何能量的情况下自由流动——这种现象称为超导现象;

现在一个团队研究人员从马里兰大学(UMD)物理与合作者一起部门已经看到奇特的超导电性,依赖于高度不寻常的电子相互作用。虽然预计将发生在其他非物质系统,这种类型的行为仍然难以捉摸。该小组的研究成果发表在4月6日的《科学进步》杂志上,它揭示了与以往超导现象截然不同的影响;

超导体中的电子相互作用是由一种叫做自旋的量子性质决定的。在一个普通的超导体,电子的自旋,它携带一个½,配对与原子结构的振动帮助不羁的流。这一理论经过很好的测试,能够描述大多数超导体的行为。在这项新的研究中,团队发现材料中的YPtBi的超导电性的新型证据,一个似乎来自于自旋-3 / 2粒。 

“没有人真的认为这在固体材料是可能的,”Johnpierre Paglione解释说,UMD物理教授和研究的资深作者。”单个原子的高自旋态是可能的,但是一旦你把原子聚集在一个固体中,这些状态通常会分裂,最后自旋为二分之一。 

发现YPtBi是一个超导体研究者感到奇怪,在最初的地方。最开始是相当不错的超导体的导体,很多移动电子的成分,YPtBi缺乏。根据传统理论,YPtBi会为了成为超导在低于0.8欧凯文的温度大约需要一千倍的移动电子。然而,当冷却到这个温度时,研究小组发现超导现象发生了。这是一个迹象,表明在这个材料里有一些外来的东西;

在发现反常的超导转变后,研究人员进行了测量,使他们能够洞察电子对的配对。他们研究了超导体的一个特征——它们与磁场的相互作用。当材料过渡到超导体时,它将试图从内部释放任何外加磁场。但是驱逐并不完全完美。在表面附近,磁场仍然可以进入物质,但很快就会消失。它走得多远取决于电子配对的性质,随着材料的进一步冷却而改变;

探讨这种影响,研究不同的温度在一个小样本的材料而暴露在磁场超过十倍比的铜线圈周围的抽样检测,转变为超导体的磁特性的地球,允许团队灵敏地测量微小变化的磁场内达到多深超导体 

测量显示了不同寻常的磁侵入。作为材料使用绝对零度,为yptbi磁场穿透深度呈线性增加,而随它将为常规超导体。这种效应,结合其他测量和理论计算,限制了电子成对的可能方式。研究人员得出结论,对超导电性的最好解释是,电子被伪装成具有更高自旋的粒子——这种可能性在传统超导的框架内还没有被考虑过;

这种高自旋超导体的发现为这一研究领域提供了新的方向。我们曾经是局限于自旋粒子配对的一半,”Hyunsoo Kim说,作者和UMD助理研究科学家领先。”但如果我们开始考虑更高的自旋,那么超导研究的范围就会扩大,变得更加有趣;

目前,许多悬而未决的问题仍然存在,包括这种配对首先可能发生的情况。”当你有这种高自旋配对时,是什么胶水把这些对放在一起?”Paglione说。”对可能发生的事情有一些想法,但仍然存在一些根本性的问题,使问题更加引人入胜。”

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