Az Egyesült Államok és Kína fizikusai kidolgoztak egy technikát a nagyon nagy nyomás alatt tartott anyagok mágneses tulajdonságainak megbízható mérésére. Módszerük segíthet a kutatóknak olyan anyagok felfedezésében, amelyek magas hőmérsékleten és nagy nyomáson szupravezetők.
A magas hőmérsékletű szupravezetés az elmúlt egy-két évben rendszeresen felütötte a fejét – de gyakran rossz okokból. Számos állítás olyan anyagokról, amelyek szobahőmérsékleten vagy akár a felett is szupravezetők vitatták, és néhányat visszavontak.
A probléma egy része az, hogy ezeket az anyagokat nagyon magas nyomáson vizsgálják gyémánt üllőcellákban (DAC). A DAC két gyémántfog közé nyom egy apró mintát, ami nagyon megnehezíti a szupravezetés jellegzetes jegyeinek megfigyelését. Valójában még bonyolult is tudni az ilyen minták részletes atomszerkezetét.
A szupravezetésre vonatkozó állításokat általában két bizonyítékkal kell alátámasztani. Az egyik az anyag fajlagos ellenállásának hirtelen nullára csökkenése a szupravezető átmenet során. A másik a Meissner-effektus, ami a mágneses mező kilökődése egy anyagból, amikor az szupravezető állapotba kerül.
Nagynyomású kihívás
Ezeket egyidejűleg nagy nyomáson látni egy DAC-ban kihívást jelent, mondja Norman Yao a Harvard Egyetemen. „Hogyan lehet szondát szúrni ebbe a nagynyomású kamrába? Egyszerűen nincs hozzáférésed.” A minta ellenállása apró vezetékek felszerelésével mérhető. De a mágneses hatások mérésére a kutatók általában körülveszik a teljes DAC-t egy mágnesszelep indukciós tekercssel, amely csak egy átlagot ad a teljes mintára.
A probléma különösen akut az olyan anyagok esetében, mint a cérium és lantán szuperhidridek, amelyek a szobahőmérsékletű szupravezetőkkel kapcsolatos izgalom középpontjában állnak. Általában lézerrel állítják elő, hogy egy fémlemezt hidrogénben gazdag vegyület jelenlétében melegítsenek. De nehéz lehet tudni, hogy nagy nyomáson hol képződött a kívánt hidridfázis, és hol nem. Yao elmagyarázza, hogy ez az oka annak, hogy a kísérleti futtatások gyakrabban meghiúsulnak, mivel nincs folyamatos szupravezető régió, amely az egyik vezetéket a másikhoz kötné.
Ha a minta erősen inhomogén, az az indukciós tekercs által gyűjtött átlagos mágneses viselkedési adatok értelmezését is megnehezíti. Ez különösen bonyolult, mivel ezek a jelek általában kicsik a háttérmezőhöz képest. Ennek eredményeként a nagy nyomáson való szupravezetésre vonatkozó állítások gyakran vitatottak.
Három évvel ezelőtt Yao csapata és mások megmutatták, hogy a helyi mágneses mezők nagy felbontásban mérhetők maguknak a DAC gyémántoknak a segítségével. Ez használatával történik nitrogén üresedés (NV) rácshibák a gyémántokon belül. Ezekben a hibákban két szomszédos szénatomot egy nitrogénatom és egy üres rácshely vált fel.
Split spin állapotok
Mindegyik NV-nek van egy kvantum spinje, amely kölcsönhatásba lép a mágneses mezőkkel. Ezt a kölcsönhatást az optikailag detektált mágneses rezonancia nevű technika segítségével figyelik meg. Ha lézerfényt világítanak meg egy NV-n, az fluoreszkáló fényt bocsát ki. Ha egy meghatározott rezonanciafrekvenciájú mikrohullámú jelet is alkalmaznak az NV-re, az a spint meghatározott állapotba hozza, és ez csökkenti a kibocsátott fluoreszcens fény mennyiségét. Ha mágneses tér is jelen van, akkor az adott spin állapot energiaszintjei megoszlanak. Ez azt jelenti, hogy a fluoreszcencia csökkenése két különböző mikrohullámú frekvencián következik be – és a frekvenciák közötti elválasztás arányos a mágneses térerősséggel.
Elvileg ez a technika használható térbeli felbontású magnetometria elvégzésére DAC-mintán, a gyémántfog csúcsához közeli beültetett NV-központok használatával. A fluoreszcenciát úgy hozzuk létre, hogy egy lézert egy gyémánt hátsó végébe világítanak.
„Az NV-technika egyik rejlő előnye a nagy térbeli felbontása az alkalmazott mágneses tér szupravezető fázis általi perturbációjának mérésében, szemben a mérések átlagoló hatásával a teljes mintán” – mondja a nagynyomású szakértő. Mihail Eremets a Max Planck Kémiai Intézet munkatársa Mainzban, Németországban. „Ez lehetővé teszi sokkal kisebb minták használatát, és nagyobb nyomás elérését” – teszi hozzá Eremets, aki a nyomás alatti lantán-szuperhidrid magas hőmérsékletű szupravezetésén dolgozott.
Deformált hibák
Azonban van egy probléma ezzel a magnetometriai technikával, mert a nagy nyomás deformálja az NV hibákat oly módon, hogy fokozatosan megöli a magnetometriai jelet. Korábban azt találták, hogy az ilyen NV helyekről származó fluoreszcencia 50-90 GPa nyomás körül eltűnik, ami túl alacsony ahhoz, hogy a szuperhidridek szupravezető fázisait képezze.
A gyémánt érzékelők nagy nyomáson mérik az anyagot
Yao és munkatársai most megoldást találtak erre a nyomásproblémára, amely elvileg egyszerű, de kihívást jelent a mérnökök számára. Ha a gyémánt fog felső felületét egy adott krisztallográfiai irány mentén vágjuk, az NV helyek ebben az irányban illeszkednek. Ennek a szimmetriának az az eredménye, hogy a nyomás nem befolyásolja a fluoreszcenciát. Ez lehetővé tette a csapat számára, hogy 90 K körüli hőmérsékleten és 140 GPa nyomáson a cérium-szuperhidrid mintájának bizonyos régióiban, akár néhány mikronos szupravezetést is észleljen.
A kutatók szerint ennek a kristályos orientációnak a használata segíthet megoldani a múltbeli vitákat, és elkerülni néhány jövőbeli vitát. Segíthet a kutatóknak abban is, hogy meghatározzák, melyik mintaszintézis körülmény működik a legjobban. Korábban, mondja Yao, nehéz volt meghatározni a minta pontos természetét. De most, ha a célanyagnak van valamilyen mágneses válasza, például egy Meissner-effektus, akkor lehetővé kell tenni, hogy pontosan észrevegye, hol van a mintában, és így következtetni lehet arra, hogy a különböző szintetikus stratégiák mennyire hatékonyak.
„A technika ezen képalkotó képessége különösen hasznos lesz in situ a magas hőmérsékletű szupravezetők inhomogenitásának jellemzése, beleértve azokat is, amelyek környezeti nyomás közelében stabilak” – mondja az anyagtudós Russell Hemley a Chicagói Illinoisi Egyetem munkatársa, aki nem vett részt a munkában.
A kutatás leírása a Természet.
- SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
- PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
- PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
- Forrás: https://physicsworld.com/a/diamond-alignment-makes-high-pressure-magnetometry-of-superconductors-possible/
- :van
- :is
- :nem
- :ahol
- 140
- a
- Rólunk
- felett
- hozzáférés
- Hozzáteszi
- szomszédos
- beállítja
- Előny
- érint
- Augusztus
- igazított
- igazítás
- megengedett
- lehetővé teszi, hogy
- mentén
- Is
- Környező
- összeg
- an
- és a
- Másik
- ÜLLŐ
- alkalmazott
- VANNAK
- körül
- AS
- At
- atom
- atom
- átlagos
- átlagolás
- elkerülése érdekében
- vissza
- háttér
- BE
- mert
- óta
- viselkedés
- BEST
- között
- de
- by
- hívott
- TUD
- képesség
- szén
- okai
- sejt
- Cellák
- központok
- kihívást
- Kamra
- jellegzetes
- kémia
- Chicago
- Kína
- követelések
- közel
- tekercs
- munkatársai
- képest
- Összetett
- Körülmények
- folyamatos
- Hűvös
- tudott
- készítette
- vágás
- dátum
- leírt
- kívánatos
- részletes
- kimutatására
- észlelt
- Határozzuk meg
- gyémánt
- különböző
- nehéz
- irány
- eltűnik
- felfedez
- különböző
- do
- nem
- csinált
- ne
- Csepp
- hatás
- Hatékony
- hatások
- kibocsátás
- végén
- energia
- mérnök
- belép
- Egész
- különösen
- Még
- bizonyíték
- pontosan
- Izgalom
- kísérleti
- szakértő
- Elmagyarázza
- Arc
- FAIL
- kevés
- mező
- Fields
- Összpontosít
- A
- forma
- alakult
- talált
- Frekvencia
- ból ből
- jövő
- általában
- Németország
- ad
- GPA
- fokozatosan
- Kemény
- Harvard
- Harvard Egyetem
- Legyen
- Headlines
- hős
- segít
- Magas
- <p></p>
- nagyon
- Találat
- Hogyan
- HTTPS
- if
- Illinois
- Leképezés
- in
- Beleértve
- valóban
- információ
- velejáró
- belső
- telepítése
- Intézet
- műszer
- kölcsönhatás
- kölcsönhatásba lép
- értelmezés
- bele
- részt
- kérdés
- IT
- ITS
- csatlakozott
- jpg
- éppen
- Ismer
- lézer
- vezet
- vezetékek
- szintek
- fény
- mint
- helyi
- Elő/Utó
- készült
- Mágneses mező
- KÉSZÍT
- Gyártás
- anyag
- anyagok
- Anyag
- max
- max-width
- eszközök
- intézkedés
- mérések
- mérő
- fém
- módszer
- több
- sok
- kell
- Természet
- Közel
- nem
- Most
- NV
- megfigyelni
- of
- kedvezmény
- gyakran
- on
- ONE
- azok
- ellentétes
- or
- Más
- Egyéb
- felett
- rész
- különös
- különösen
- múlt
- Paul
- Teljesít
- fázis
- fázisok
- Fizika
- Fizika Világa
- darabok
- Plató
- Platón adatintelligencia
- PlatoData
- helymeghatározás
- lehetséges
- potenciális
- jelenlét
- be
- nyomás
- nyomás
- korábban
- alapelv
- szonda
- Probléma
- ingatlanait
- helyezi
- Kvantum
- el
- miatt
- csökkenti
- csökkentés
- vidék
- régiók
- rendszeresen
- megbízható
- helyébe
- kutatás
- kutatók
- Felbontás
- megoldása
- rezonancia
- válasz
- eredményez
- Szoba
- fut
- minta
- azt mondják
- azt mondja,
- Tudós
- érzékelő
- érzékelők
- számos
- ragyogó
- kellene
- kimutatta,
- Jel
- jelek
- aláírások
- Egyszerű
- egyszerre
- weboldal
- Webhely (ek)
- ül
- kicsi
- kisebb
- So
- megoldások
- néhány
- térbeli
- különleges
- Centrifugálás
- osztott
- Spot
- stabil
- Állami
- stratégiák
- erő
- struktúra
- tanult
- ilyen
- szupravezető
- Szupravezetés
- Támogatott
- szintézis
- szintetikus
- rendszer
- cél
- csapat
- technika
- mint
- hogy
- A
- azok
- maguk
- Ott.
- Ezek
- ők
- ezt
- azok
- miniatűr
- típus
- nak nek
- is
- felső
- átmenet
- igaz
- kettő
- alatt
- egyetemi
- us
- használ
- használt
- hasznos
- segítségével
- rendszerint
- nagyon
- volt
- Út..
- amikor
- ami
- WHO
- egész
- miért
- lesz
- val vel
- belül
- Munka
- dolgozott
- világ
- Rossz
- rossz okok
- év
- év
- te
- zephyrnet
- nulla