भौतिकविदों ने उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स को समझने में प्रगति की रिपोर्ट की - अंतरिक्ष समय - 2020

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UCSC भौतिक विज्ञानी श्रीराम शास्त्री द्वारा पहला पेपर, "अत्यंत सहसंबद्ध फर्मी तरल पदार्थ" का एक नया सिद्धांत प्रस्तुत करता है। दूसरा पेपर इस सिद्धांत पर आधारित गणनाओं की तुलना उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर्स के अध्ययन से प्रायोगिक डेटा के लिए करता है, जो कोण-समाधान वाले फोटोसेमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी (ARPES) नामक तकनीक का उपयोग करता है। इस दूसरे पेपर के मुख्य लेखक गे-हांग गेवन हैं, जो यूसी सांता क्रूज़ में भौतिकी के सहायक प्रोफेसर हैं, साथ में कॉउथर्स शास्त्री और ब्रेंहवेन नेशनल लेबोरेटरी के गेंदा गु के हैं।

यूसीएससी में भौतिकी के विशिष्ट प्रोफेसर शास्त्री ने कहा, "मैंने गिवोन को अपनी प्रारंभिक गणना दिखाई, जो इस क्षेत्र में एक विशेषज्ञ है और वह बहुत उत्साहित था।" "उन्होंने अपने स्वयं के सहित कई प्रायोगिक समूहों से डेटा प्राप्त किया, और हमने सिद्धांत और प्रयोग के बीच एक उल्लेखनीय सफल समझौता पाया जो इस क्षेत्र में पहले कभी हासिल नहीं किया गया था।"

शास्त्री का सिद्धांत उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर में इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार से संबंधित गणितीय कार्यों को पहले सिद्धांतों से गणना करने के लिए एक नई तकनीक प्रदान करता है। इलेक्ट्रॉनों के बीच बातचीत, जो सामान्य धातुओं में लगभग मुक्त कणों के रूप में व्यवहार करते हैं, अतिचालकता का एक महत्वपूर्ण कारक है और ये इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन इंटरैक्शन या सहसंबंध सीधे फोटोमेक्शन स्पेक्ट्रा में एन्कोडेड हैं।

फोटोइमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर आधारित है, जिसमें सामग्री की सतह पर प्रकाश चमक से अवशोषित ऊर्जा के परिणामस्वरूप एक सामग्री इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करती है। ARPES अध्ययन, जो सामग्री के मूलभूत गुणों का सुराग प्रदान करने के लिए एक स्पेक्ट्रम या "लाइन आकार" का उत्पादन करते हैं, उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के लिए विषम परिणाम प्राप्त करते हैं।

"इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी में देखी गई रेखा आकृतियों का असामान्य 'मोटापा' उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के रहस्य के केंद्र में रहा है," गेवन ने कहा। "मजबूत इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन बातचीत के प्रमुख हस्ताक्षर के रूप में असमान रूप से व्यापक और असममित रेखा के आकार को लिया गया है।"

बेहद सहसंबद्ध फर्मी तरल पदार्थों का शास्त्री का सिद्धांत लैंडौ फर्मी तरल सिद्धांत का एक विकल्प है, जो एक सामान्य धातु में कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करने वाले इलेक्ट्रॉनों के लिए एक अत्यधिक सफल मॉडल है, लेकिन बहुत दृढ़ता से सहसंबद्ध प्रणालियों के लिए नहीं। शास्त्री की गणनाओं की सफलता इंगित करती है कि उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के विषम फोटामिशन स्पेक्ट्रा इलेक्ट्रॉनों के चरम सहसंबंधों द्वारा संचालित होते हैं। शास्त्री ने "चरम सहसंबंध" शब्द को सिस्टम का वर्णन करने के लिए गढ़ा है जिसमें कुछ "ऊर्जा महंगी" इलेक्ट्रॉनों के विन्यास निषिद्ध हैं। यह गणितीय रूप से एक चर भेजने से उत्पन्न होता है, जिसे हबर्ड "यू" ऊर्जा के रूप में जाना जाता है, अनन्तता तक।

"यह आपको एक ऐसी समस्या के साथ छोड़ देता है जिसे हल करना बहुत कठिन है," शास्त्री ने कहा। "मैं 1984 से इन समस्याओं का अध्ययन कर रहा हूं, और अब मुझे एक ऐसी योजना मिली है जो हमें गतिरोध के माध्यम से एक सड़क प्रदान करती है। प्रयोगात्मक आंकड़ों के साथ शानदार पत्राचार हमें बताता है कि हम सही रास्ते पर हैं।"

प्रयोगात्मक डेटा ARPES अध्ययन से प्रकाश के दो अलग-अलग स्रोतों का उपयोग करके आते हैं: सिंक्रोट्रॉन स्रोतों और उच्च-ऊर्जा लेजर स्रोतों से उच्च-ऊर्जा प्रकाश। उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के अध्ययन में, ये दोनों प्रकाश स्रोत एक ही नमूनों के लिए अलग-अलग फोटोपेक्ट स्पेक्ट्रा उत्पन्न करते हैं, और शोधकर्ता इस असंगति को हल करने में असमर्थ रहे हैं। लेकिन गेवन और शास्त्री ने पाया कि इन स्पष्ट रूप से अपरिवर्तनीय परिणामों को एक ही पैरामीटर में एक साधारण परिवर्तन के साथ, एक ही सैद्धांतिक कार्यों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।

"हम पूरी सटीकता के साथ लेजर और सिंक्रोट्रॉन डेटा दोनों को फिट कर सकते हैं, जो बताता है कि दोनों तकनीक एक-दूसरे के अनुरूप हैं," शैरी ने कहा। "वे एक ही भौतिक परिणाम के दो अलग-अलग स्लाइस बता रहे हैं।"

शास्त्री ने कहा कि वह नई तकनीक का उपयोग करने के लिए अन्य प्रयोगात्मक रूप से देखी गई घटनाओं की गणना करने की योजना बना रहे हैं। "अभी भी बहुत काम किया जाना है," उन्होंने कहा। "हमें कई अन्य चीजों को देखना होगा, और अन्य गणनाओं को करने के लिए नई योजना का विस्तार करना होगा। लेकिन हमने गतिरोध के माध्यम से एक उल्लंघन किया है, और इसलिए हम उत्साहित हैं।"

इस काम के लिए धन अमेरिकी ऊर्जा विभाग द्वारा प्रदान किया गया था।

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