UTe2 دو طعم ابررسانایی را تحت فشار شدید نشان می دهد

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

محققان کوانتومی در جست‌وجوی یک ابررسانای توپولوژیکی هستند – ماده‌ای که اگر کشف شود، با ترکیب دو «طعم» مجزا از ابررسانایی، امکان پیشرفت‌های بزرگ در محاسبات کوانتومی را فراهم می‌کند.

این ماده گریزان باقی مانده است، اما محققان کرنل نشان داده اند که دی تلورید اورانیوم می تواند هر دو طعم را به طور همزمان نشان دهد و آن را به عنوان نامزد اصلی متمایز کند.

براد رامشاو، دانشیار فیزیک در کالج علوم و هنر و مدیر آزمایشگاه فیزیک اتمی و حالت جامد، گفت: «هنوز هیچ‌کس یک ابررسانای توپولوژیکی را به‌طور قانع‌کننده نشان نداده است، اما اکنون می‌دانیم که دی‌تلورید اورانیوم حداقل مواد لازم برای ایجاد آن را دارد».

"کشف ترمودینامیکی چهار بحرانی و ابررسانایی چند جزئی اضطراری در UTe 2" در 30 اکتبر در Nature Physics با رامشاو به عنوان نویسنده مسئول منتشر شد. دانشجوی دکتری سهاس کامات، M.S. '25، اولین نویسنده است.

در دیتلورید اورانیوم، یک نوع ابررسانایی تحت شرایط منظم ظاهر می شود: سرمای شدید. دیگری فقط در میدان های مغناطیسی بسیار قوی یا تحت فشار فشردگی ظاهر می شود.

در آزمایش‌هایی که دوباره ترسیم و تصحیح نمودار فاز دی‌تلورید اورانیوم (نقشه محل ظهور ابررسانایی به عنوان تابعی از دما و فشار یا یک میدان مغناطیسی) انجام شد، محققان آزمایشگاه رامشاو نشان دادند که این پتانسیل وجود دارد، اگرچه هنوز ثابت نشده است که هر دو طعم با هم ترکیب شوند تا یک ابررسانای توپولوژیکی را تشکیل دهند، که موادی را در اطراف سال‌ها ناپایدار ته نشین کرده است.

آزمایش‌های فراصوت پالس دقیق آزمایشگاه نیز موقعیت منحصربه‌فردی را اندازه‌گیری کردند که در آن با کاهش دما، یک نوع ابررسانایی از بین می‌رود، که معکوس از الگوی معمول است.

این کار از تمرکز اصلی گروه Ramshaw سرچشمه می گیرد: به دنبال انواع جدیدی از ابررساناها.

او گفت: «ما در تلاش هستیم تا نه تنها ترکیبات مختلف، بلکه انواع مختلفی از ابررسانایی را پیدا کنیم که بتوان از آنها برای انجام کارهای مختلف استفاده کرد. "مواد ابررسانای جدیدی همیشه کشف می‌شوند. تاکنون 6000 مورد فهرست‌بندی شده‌اند. اما بیشتر آنها اساسا همان نوع ابررسانا هستند - آنها ابررسانایی را به همان روش انجام می‌دهند."

رامشاو گفت، به طور کلی، الکترون های یک ابررسانا می توانند به دور یکدیگر بچرخند. انواع مختلف – یا «طعم‌ها» – ابررسانایی با مقدار و جهت حرکت زاویه‌ای که دو الکترون در حالت ابررسانا با هم جفت می‌شوند، تعریف می‌شوند.

رامشاو گفت که ترکیبات دیگری نیز وجود دارند که می توانند بیش از یک نوع ابررسانایی را نشان دهند. به عنوان مثال، یک ابررسانای فرمیون سنگین کمیاب، نوع آن را به عنوان تابعی از میدان مغناطیسی تغییر می‌دهد.

وی گفت: نکته مهم در مورد دیتلورید اورانیوم این است که می تواند دو نوع مختلف را همزمان نشان دهد.

تحقیقات قبلی نشان داده است که یک میدان مغناطیسی بسیار قوی طعم جدیدی از ابررسانایی را در دی‌تلورید اورانیوم ایجاد می‌کند. کامات در حال بررسی این بود که آیا فشار نیز باعث ایجاد آن خواهد شد. جستجوی اولیه او مشکلات اساسی تری را با تحقیقات منتشر شده قبلی در مورد آنچه دیتلورید اورانیوم تحت فشار انجام می دهد، کشف کرد.

کامات می‌گوید: «نقشه‌ای که مردم در ذهن داشتند درباره کاری که ابررسانا به عنوان تابعی از دما و فشار انجام می‌دهد، مشخص شد که با ترمودینامیک سازگار نیست.» "این من را کمی آزار داد."

رامشاو گفت که ترمودینامیک به اندازه همه علم یک نظریه استوار است، بنابراین باید پاسخ دیگری وجود داشت.

کامات گفت: «بنابراین، ما به تنهایی و مستقل از کارهایی که مردم در گذشته انجام داده بودند، به سراغ ساخت این نقشه رفتیم. این ما را به یافتن نوع دیگری از ابررسانایی در این ماده تحت فشار سوق داد.

کامات گفت، فشار بسیار زیاد بود، حدود 18000 پوند روی پنج میلی‌متر متمرکز شده بود، "مانند 9 ماشین که روی رنگ صورتی شما متعادل هستند." فشار باید در دمای اتاق قفل شود. سپس دما پایین و پایین آمد و بین ۲ تا ۱ کلوین رسید.

نمودار فاز حاصل، بخشی از ابررسانایی ناشی از سرمای عمیق، بخش جداگانه ای از ابررسانایی ناشی از فشار ("طعم خاص") و سپس بخشی را نشان می دهد که این دو در طول آزمایش با هم همزیستی کرده و برهم کنش داشتند.

کامات گفت: ما نشان دادیم که یک نوع از این حالت مداری در یک قسمت از نقشه و نوع دیگری از این حالت مداری در قسمت دیگر نقشه وجود دارد و آنها با هم تلاقی می کنند. "در آن منطقه متقاطع، شما هر دو در یک زمان اتفاق می افتد."

علاوه بر این، این دو نوع ابررسانایی در اثر برهمکنش با یکدیگر رقابت می‌کنند، که منجر به رقابت یکی با دیگری و ناپدید شدن آن با کاهش دما می‌شود. رامشاو گفت، قابل توجه است که یک نوع ابررسانایی در واقع با کاهش دما از بین می رود. از نظر تئوری امکان پذیر است، اما این اولین بار است که در یک آزمایش نشان داده شده است.

کامات گفت: «این می تواند در اینجا اتفاق بیفتد زیرا یک ابررسانا دیگر وارد می شود و آن را از مسیر خارج می کند.

رامشاو گفت، اگرچه امکان استفاده از محاسبات کوانتومی وجود دارد، اما چندین قدم با شما فاصله دارد. به گفته محققان، حداقل یک شرکت فناوری میلیاردها دلار برای مهندسی یک ابررسانای توپولوژیکی هزینه کرده است که تاکنون موفقیت آمیز نبوده است.

رامشاو گفت: "رویکرد موازی این است که طبیعت حداقل 6000 ابررسانا دارد که ما پیدا کرده ایم. یکی از آنها ممکن است آن ابررسانا باشد." ما مشخص کرده‌ایم که این محتمل‌ترین موردی است که داریم.»

محققانی که در این مقاله مشارکت دارند از دانشگاه مریلند، موسسه فناوری کارلسروهه و موسسه تحقیقات پیشرفته کانادایی هستند، جایی که رامشاو یکی از مدیران برنامه مواد کوانتومی است.

ساهاس کامات و همکاران، نمایش ترمودینامیکی چهار بحرانی و ابررسانایی چند جزئی در UTe2، فیزیک طبیعت (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03504-z

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →