Superkonduktivitas ditemukan pada tahun 1911, tetapi sifat dan karakteristiknya belum dipelajari sepenuhnya. Penelitian baru pada kawat nano membantu untuk memahami bagaimana fenomena ini hilang.
Masalah menjaga minuman tetap dingin di musim panas adalah pelajaran perubahan fase klasik. Mereka harus dipelajari, substansi harus dipanaskan, dan perubahan sifat-sifatnya harus diamati. Ketika Anda mencapai apa yang disebut titik kritis, tambahkan air atau panas - dan perhatikan bagaimana zat berubah menjadi gas (atau uap).
Sekarang bayangkan Anda telah mendinginkan semuanya sampai suhu yang sangat rendah - sedemikian rupa sehingga semua efek termal hilang. Selamat datang di realitas kuantum, di mana tekanan dan medan magnet tidak memengaruhi kemunculan fase baru dengan cara apa pun! Fenomena ini disebut transisi fase kuantum. Tidak seperti transisi konvensional, transisi kuantum membentuk properti yang benar-benar baru, seperti superkonduktivitas (dalam beberapa material).
Jika Anda menerapkan tegangan pada logam superkonduktor, elektron akan bergerak melalui material tanpa hambatan, dan arus listrik akan mengalir tanpa batas, tanpa memperlambat atau menghasilkan panas. Beberapa logam menjadi superkonduktor pada suhu tinggi, yang penting dalam kasus transmisi daya dan pemrosesan data berdasarkan superkonduktor. Ilmuwan menemukan fenomena ini 100 tahun yang lalu, tetapi mekanisme superkonduktivitas itu sendiri tetap menjadi misteri, karena sebagian besar material terlalu kompleks untuk memahami fisika transisi fase kuantum secara detail. Jadi strategi terbaik dalam hal ini adalah fokus pada pembelajaran sistem model yang kurang kompleks.
Fisikawan di Universitas Utah telah menemukan bahwa kawat nano superkonduktor yang terbuat dari paduan molibdenum-germanium menjalani transisi fase kuantum dari superkonduktor ke logam biasa ketika ditempatkan di medan magnet biasa pada suhu rendah. Studi ini pertama kali mengungkapkan proses mikroskopis di mana material kehilangan superkonduktivitasnya: medan magnet memecah pasangan elektron - pasangan Cooper berinteraksi dengan pasangan lain dari jenis yang sama - dan mereka mengalami gaya redaman dari elektron yang tidak berpasangan dalam sistem.
Penelitian ini dirinci dalam teori kritis yang dikemukakan oleh Adrian Del Maestro, asisten profesor di Universitas Vermont. Teori tersebut secara akurat menjelaskan bagaimana evolusi superkonduktivitas bergantung pada suhu kritis, besarnya medan magnet dan orientasi, luas penampang kawat nano, dan karakteristik mikroskopis dari material yang membuatnya. Ini adalah pertama kalinya di bidang superkonduktivitas bahwa semua detail transisi fase kuantum diprediksi oleh teori, dikonfirmasi pada objek nyata di laboratorium.
“Transisi fase kuantum mungkin terdengar sangat eksotis, tetapi mereka diamati di banyak sistem - dari pusat bintang ke inti atom, serta dari magnet ke isolator, - kata Andrey Rogachev, asisten profesor di Universitas Utah dan penulis utama studi tersebut. "Setelah kami memahami getaran kuantum dalam sistem yang lebih sederhana ini, kami dapat membicarakan setiap detail dari proses mikroskopis dan menerapkannya pada objek yang lebih kompleks."
Video promosi:
