جامعة فودان فريق أول إعداد النحاس موصل جيد للكهرباء مع ارتفاع في درجة الحرارة

【أداة شبكة التنميةارتفاع درجة الحرارة فائقة التوصيل ( HTS ) هو اتجاه هام في المستقبل عالية الكفاءة نقل الطاقة عالية الأداء الأجهزة الإلكترونية .

في مساء يوم 12 أغسطس بتوقيت بكين ، البروفيسور تشانغ Yuanbo فريق من قسم الفيزياء في جامعة فودان ، وشارك في تأليف ورقة بعنوان " superconducting 2D cuprate مع واحد cuo ₂ الطائرة " ، التي نشرت في الطبيعة ، النحاس موصل جيد للكهرباء رقيقة بنجاح إلى واحد فقط موصل جيد للكهرباء الطائرة -- وهذا هو ، واحد cuo ₂ الطائرة .

هذا " الحد من عملية " ليس فقط يؤكد بعدين طبيعة ارتفاع درجة الحرارة فائقة التوصيل ، ولكن أيضا يكتشف غريبة " غير طبيعي " الدولة المعدنية و الكم من الظواهر الحرجة في نقطة حرجة من الموصلية الفائقة عازل التحول .

تقترب من الحد المادي : الانتقال من " طبقة مزدوجة " إلى " طبقة واحدة "

موصل جيد للكهرباء هو نوع من المواد التي لديها صفر المقاومة المغناطيسية تحت درجة حرارة التحول ، ويمكن استخدامها على نطاق واسع في نقل الطاقة الكهربائية ، وتخزين الطاقة ، التصوير الطبي ، قطار ماجليف ، حساب الكم ، وهلم جرا ، ولها قيمة كبيرة في البحث العلمي وتطبيق التكنولوجيا .

في عام 1986 ، يوهانس bednorz وكارل الكسندر مولر العثور على ارتفاع درجة الحرارة فائقة التوصيل في la-ba-cu-o مع درجة حرارة حرجة تصل إلى 30 ك ( ك " كلفن " 30 ك = - 243.15 ℃ ) ، الذي حصل على جائزة نوبل في الفيزياء في عام 1987 . ومنذ ذلك الحين ، وقد درس العلماء النحاس موصل جيد للكهرباء ، وضعت عشرات المواد . على الرغم من أن هذه القائمة على النحاس موصل جيد للكهرباء تختلف في التركيب الكيميائي و التوصيل في درجة الحرارة الحرجة ، لديهم خصائص مشتركة كبيرة - التوصيل ولد في طبقة رقيقة جدا من المستوى الذري بعدين النحاس الأكسجين الطائرة .

ومع ذلك ، وفقا لنظرية الفيزياء التقليدية ، في عالم ثنائي الأبعاد ، الحصول على " أمر الدولة " مثل الموصلية الفائقة غير مستقرة للغاية ، من السهل جدا أن تكون دمرت من قبل التقلبات الحرارية . لماذا ارتفاع درجة الحرارة موصل جيد للكهرباء يمكن أن توجد على سطح ثنائي الأبعاد النحاس الأكسجين ؟ هذا هو المفتاح لفهم آلية HTS .

في مواجهة هذه المشكلة ، فإن الاستراتيجية الأكثر إلحاحا هو جعل المواد رقيقة إلى أقصى حد ، أو حتى الحد من سمك الذرية لمراقبة التغيرات في الموصلية الفائقة . ومع ذلك ، فإن طبقة أكسيد النحاس هو عرضة للهواء و عملية المعالجة ، و محتوى الأكسجين من الصعب السيطرة عليها بدقة ، مما يشكل تحديا كبيرا في إعداد وقياس المواد .

في عام 2019 ، تشانغ yuanbo فريق وزملاؤه قد أعدت طبقة واحدة bi2sr2cacu2o8 + δ ، وقدمت أول دليل تجريبي مباشر على أن طبقة واحدة من النحاس موصل جيد للكهرباء في حدود ثنائية الأبعاد لها نفس خصائص التوصيل مثل معظم النحاس موصل جيد للكهرباء ، وكشف عن طبيعة ثنائية الأبعاد من ارتفاع في درجة الحرارة فائقة التوصيل . وعلاوة على ذلك ، واستنادا إلى البحوث السابقة ، ونحن بنجاح إعداد ثنائي الأبعاد أكسيد النحاس موصل جيد للكهرباء مع الحد من طبقة واحدة bi2sr2cuo6 + δ ( bi2201 ) .

" نحن أول من دفع سمك أكسيد النحاس من طبقة مزدوجة إلى طبقة واحدة هيكل ، وتحقيق الحد من التحقق من خصائص أكسيد النحاس فائقة التوصيل - قياس البيانات تدعم بقوة وجهة نظر أن أكسيد النحاس فائقة التوصيل هو قوي بعدين الظاهرة ، التي توفر الأدلة التجريبية الرئيسية لهذا الافتراض على المدى الطويل " ، وقال تشانغ .

البحث والتطوير المستقل ، وخلق " في الموقع " أداة البحث العلمي

من أجل إعداد وقياس مستوى ثنائي الأبعاد الذرية الطائرة رقيقة جدا ، من الضروري التغلب على الصعوبات في العديد من التجارب ، مثل المواد الضعيفة ، من السهل أن تتأثر الهواء وتجهيز التكنولوجيا ، من الصعب السيطرة على محتوى الأكسجين بدقة . تواجه معضلة عدم وجود معدات خاصة في السوق ، تشانغ Yuanbo فريق البحث قد شرعت في طريق التنمية المستقلة الصك .

مع الجمع بين microelectrode لحام الباردة ، المشكلة أن طبقة واحدة من أكسيد النحاس هو عرضة للتلف من الهواء وبخار الماء هو حلها . والأهم من ذلك ، فإن الفريق قد وضعت عالية الدقة تكنولوجيا التحكم المنشطات لتحقيق عكسها تنظيم محتوى الأكسجين .

" نحن قياس محتوى الأكسجين من المواد بدقة عن طريق التحكم في تركيز الأوزون ودرجة الحرارة " ، وقال روان وي ، وهو أستاذ في قسم الفيزياء في جامعة فودان . مع هذا " في الموقع تعديل " تقنية ، حقق الفريق مخدر القرار تصل إلى δ ع ∶ 0.0005 ، ويمكن رصد كامل مخطط الطور المادي من موت المرحلة العازلة إلى كل التوصيل القبة .

استنادا إلى أحدث التجارب والابتكارات ، وجدوا أن أفضل درجة حرارة التحول من طبقة واحدة من المواد فائقة التوصيل حوالي 10 ٪ أقل من معظم ، مما يشير إلى أن سمك لا تؤثر على درجة الحرارة فائقة التوصيل . ومع ذلك ، في الوقت نفسه ، طبقة واحدة من المواد تماما الحفاظ على خصائص نظام مترابط من المواد السائبة ، مما يدل على أنه على الرغم من أن انخفاض سمك يمكن أن تؤثر على درجة حرارة التحول من الموصلية الفائقة ، الخصائص الفيزيائية الأساسية من أكسيد النحاس لا تزال موجودة بشكل جيد في واحد cuo ̀ الطائرة ، والتي توفر أيضا التحقق من خصائص فائقة التوصيل في بعدين الحد .

باستخدام عالية الدقة السيطرة على المنطقة underdoped للغاية ، الفريق كذلك يقلل من درجة الحرارة إلى حوالي 100 MK ، يستكشف بعمق الكم المنطقة الحرجة من superconduction عازل ، ويحصل على نتائج غير متوقعة . في طبقة واحدة bi-2201 ، لاحظ فريق غريب الكم الحرجة الظاهرة : مع انخفاض درجة الحرارة ، على نطاق واسع توسيع السلوك بالقرب من نقطة حرجة الكم التقليدية فشلت ، بدلا من ذلك ، فعالية حاسمة الأس يختلف بسرعة مع قرب المنطقة الحرجة ، مما يدل على الكم نموذجية غريفيث التفرد .

ما هو أكثر من ذلك ، في إطار الحد من درجة الحرارة صفر ، غير طبيعي في حالة المعادن يحدث بين التوصيل و العزل ، و المقاومة محدودة في درجة حرارة منخفضة التشبع . هذه حالة شاذة يمكن الحصول عليها إما عن طريق الحد من ثقب المنشطات أو عن طريق تطبيق حقل مغناطيسي عمودي . هذا الاكتشاف يتزامن مع بوز صورة معدنية : ارتفاع درجة الحرارة فائقة التوصيل ( HTS ) يخرج من خلال الكم المرحلة الانتقالية من خلال نظام ثنائي الأبعاد بوز مع عدم وجود فجوة الطاقة وعدم supercurrent . . . . . . .

هذا الاكتشاف ليس فقط يكشف عن تأثير الأبعاد الحقيقية في واحد كوى السطح ، ولكن أيضا يوفر منصة تجريبية ثنائية الأبعاد مع ارتفاع قابل للتعديل وذات جودة عالية لدراسة الظواهر الحرجة الكم و المعادن الشاذة الدول .

　　مواصلة " إضافة الطوب إلى ارتفاع درجة الحرارة فائقة التوصيل "

ترسيخ القضايا الأساسية ، مع بضع سنوات من الوقت للتغلب على الصعوبات ، وهذا ثابت وعميق الاستكشاف هو تشانغ Yuanbo فريق مميز . هذه النتائج ليس فقط دفع HTS إلى طبقة واحدة الحد الحقيقي ، ولكن أيضا العثور على ظاهرة جديدة لم يلاحظ من قبل .

" مساهمتنا يمكن وصفها بأنها " إضافة لبنة " في هذا المجال " ، وقال الفريق ، للمرة الأولى ، " نظام نظيف " و " التنظيم الدقيق " في نفس الوقت في حدود واحدة من النحاس الأكسجين ، وتوفير منصة تجريبية " متغير التحكم " التي تمكن الباحثين من تتبع منهجية التوصيل من الصفر ، من ضعيف إلى قوي كامل مسار التحول .

ارتفاع درجة الحرارة فائقة التوصيل تم اكتشافها في عام 1986 ، ما يقرب من 40 عاما ، آلية لا تزال غير مفهومة تماما ، ولكن في كل مرة " الحد من حالة " النهج ، أرق ، أنقى وأكثر يمكن السيطرة عليها من المواد ، هو لبنة لبنة لبنة ، الجواب هو خطوة إلى الأمام في عمق الحدود .

المقبل ، سوف يواصل الفريق التركيز على القضايا الرئيسية في مجال HTS واستكشاف المزيد من الأداء HTS . من أجل التغلب على الصعوبات الرئيسية في عملية تصنيع أجهزة قياس الخواص الفيزيائية للمواد ، والبحث عن نوع جديد من المواد الكمومية ثنائية الأبعاد المتقدمة باستمرار .

البروفيسور تشانغ yuanbo روان وي ، أستاذ في قسم الفيزياء في جامعة فودان ، البروفيسور تشن xianhui ، جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين ، وشارك في المراسلات . وحدات البحوث التعاونية تشمل جامعة فودان ، جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين ، جامعة كولومبيا البريطانية ، جامعة تشجيانغ ، جامعة رنمين الصينية ، جامعة جياوتونغ فى شانغهاى ، معهد الفيزياء ، الأكاديمية الصينية للعلوم ، معهد وايزمان للعلوم ، جامعة تسينغهوا ، وهلم جرا . هذا البحث بدعم من وزارة العلوم والتكنولوجيا الوطنية الرئيسية في برنامج البحث والتطوير ، وزارة التربية والتعليم في التخصصات الأساسية و التخصصات اختراق البرنامج ، المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين ( NSFC ) الأصلي استكشاف البرنامج ، وزارة العلوم والتكنولوجيا المشاريع الرئيسية ، شنغهاي للعلوم والتكنولوجيا اللجنة ، حجر الزاوية الجديد مؤسسة العلوم وغيرها من المشاريع .

مقتبس من :فودان فريق أول إعداد النحاس الأكسجين موصل جيد للكهرباء ، النتائج التي نشرت في مجلة نيتشر