‘Kepribadian’ split elektron membantu menyelesaikan jalan fisika

Elektron, partikel bermuatan negatif di sekitar atom, memiliki ‘kepribadian’, dan bekerja dengan cara tertentu, tergantung pada berapa banyak dari mereka, menunjukkan penelitian baru.

Temuan ini dapat membantu memecahkan misteri aliran listrik yang lama di superkonduktor, yang memiliki aliran seperti itu tanpa kehilangan energi. Fisikawan telah lama bertanya -tanya mengapa elektron kadang -kadang bergerak bebas saat bahan superkonduktor dingin dan di lain waktu aliran listrik mengencang.

Para peneliti fokus pada yang disebut Super -conductor dengan suhu tinggiatau bahan yang menyebabkan listrik pada suhu di atas super dingin, atau nol absolut (minus 459,67 derajat Fahrenheit, atau minus 273,15 derajat Celcius). Mereka menggunakan mikroskop elektron untuk memeriksa satu kelas superkonduktor suhu tinggi berdasarkan cuprate, atau tembaga dan senyawa oksigen. Cuprat biasanya isolator (artinya mereka tidak menyebabkan listrik), tetapi jika didinginkan hingga sekitar 160 derajat Kelvin (minus 171 derajat F, atau minus 113 derajat C) dan dicampur dengan oksigen, yang berjumlah beberapa atom yang didistribusikan di bawah yang berbeda Molekul Kupraat, mereka menjadi superkonduktor, menemukan tim Laboratorium Nasional Brookhaven.

(Pembeli luar: 8 elemen kimia yang belum pernah Anda dengar)

Setel elektron
Para peneliti menemukan bahwa baptisan Kuprat dengan oksigen awalnya menyebabkan beberapa elektron membekukan kondisi yang disebut ‘garis’ di tempat. Garis -garis mempengaruhi superkonduksi, karena elektron yang ditetapkan hanya bisa memindahkan bebas ke arah tertentu.

Penambahan oksigen yang cukup untuk Cuprates membuat perbedaan besar ketika Cuprates bertindak sebagai semikonduktor lagi, peneliti penelitian JC Samus Davis, seorang ahli fisika senior di Laboratorium Nasional Brookhaven di Upton, New York, dan Direktur Departemen Energi AS, mengatakan untuk superconduct yang muncul.

Alasannya tampaknya bekerja berkaitan dengan alasan mengapa superkonduksi terjadi. Biasanya, listrik logam mengarah karena atom memiliki kulit elektron luar yang tidak lengkap. Misalnya, pembeli memiliki satu elektron di cangkang luarnya, meskipun cangkang memiliki ruang yang cukup untuk delapan elektron. Ruang ekstra itu memungkinkan elektron untuk bertindak seolah -olah mereka berada di laut mengambang gratis. Melampirkan baterai menempatkan medan listrik pada elektron semua tertarik ke sisi positif lapangan. Baterai juga memberikan lebih banyak elektron yang bergerak seperti garis conga di sepanjang kawat. Namun, ada resistensi, karena elektron juga melompat -lompat secara acak.

Namun, jika logam cukup didinginkan, elektron membentuk apa yang disebut pasangan Cooper. Elektron dimuat secara negatif, sehingga mereka menarik partikel atau ion bermuatan positif dalam logam, meninggalkan muatan positif yang sedikit lebih padat saat mereka bergerak. Muatan positif itu menarik elektron bebas lainnya, yang mengarah ke pasangan yang tidak terikat dengan buruk di belakang yang lain.

Aturan mekanik kuantum memungkinkan mereka berlayar melalui pembeli tanpa gangguan. Tapi itu tidak berhasil jika suhunya terlalu tinggi, karena pasangan pecah ketika elektron dilemparkan.

(Fisika aneh: partikel kecil paling keren di alam)

Suatu proses yang disebut doping di mana bahan kimia dipasang pada logam atau zat lain, tambahkan “lubang” atau ruang muatan positif di mana elektron tidak ada pada material. Hasilnya adalah bahwa elektron di Kuprat memiliki lebih banyak ruang untuk bergerak, itulah sebabnya elektron yang ditetapkan atau ‘garis -garis’ menghilang pada suhu dingin.

Membuat superkonduktor
Sementara fenomena ini mungkin terdengar esoteris, ini merupakan langkah penting untuk memahami cara membuat bahan superkonduktor, kata Davis. “Ada lusinan penjelasan kompetitif. Hasil percobaan kami menunjukkan bahwa itu adalah pernyataan sederhana,” kata Davis.

Masih banyak pekerjaan untuk meningkatkan suhu superkonduksi. Eksperimen tim Brookhaven dilakukan pada 4 derajat Kelvin, atau sekitar 450 derajat F (minus 268 derajat C) jauh di bawah batas teoretis. Lebih banyak percobaan harus dilakukan dengan kuprat dosis pada suhu yang lebih tinggi. Yang mengatakan, Davis mencatat bahwa jika superkonduktor dapat bekerja pada suhu nitrogen cair, tidak seperti helium cair, itu akan sangat mengurangi biaya.

Mengetahui bahwa ‘garis’ harus dicegah dari pembentukan dapat menyebabkan para insinyur dan ilmuwan memilih zat mana yang harus difokuskan dan bagaimana meningkatkan suhu superkonduktor. “Begitu para ilmuwan material tahu apa tujuannya, mereka dapat mengerjakannya,” kata Davis.

Bahkan dengan temuan baru ini, Super Conductor masih terus mengungguli. Meskipun kelompok Davis telah menemukan cara untuk melunakkan fenomena garis, banyak mekanisme yang mendasarinya masih belum jelas.

Yang He, seorang kandidat doktor di Universitas Harvard, adalah di antara sekelompok ilmuwan yang juga belajar superkonduksi. Dia mengatakan dalam temuan mereka, fase di mana elektron sebagian dipandu dan sebagian isolasi, yang disebut pseudogap, terlihat halus, tidak peduli apa yang dilakukan elektron dalam material. Selain itu, elektron fase pseudogap juga tampaknya berpartisipasi dalam superkonduksi. “Entah bagaimana elektron melakukan dua hal,” katanya.

Studi ini muncul dalam edisi 9 Mei dari Jurnal Science.