Informace

Vědci vysvětlují, proč je supravodivost tak studená

Vědci vysvětlují, proč je supravodivost tak studená

Existuje mnoho materiálů, které mohou za určitých podmínek vést elektřinu bez výrazného odporu. Tento jev je známý jako supravodivost. Ale většina z těchto materiálů může zažít supravodič pouze při velmi nízkých teplotách.

VIZ TÉŽ: SUPERVODOVODIVOST: CO JE TO A PROČ VÁM NA NAŠÍ BUDOUCNOSTI

Vědci se dlouho snažili najít teoretické výpočetní metody, které by toto pravidlo reprezentovaly a porozuměly mu, většinou bez úspěchu - až dosud. Vídeňská technická univerzita vyvinula novou metodu, která dlouhou cestu vysvětluje složitost supravodivosti.

Složitý problém odhalen

„Ve skutečnosti je překvapivé, že k supravodivosti dochází pouze při extrémně nízkých teplotách,“ říká profesor Karsten Held z Ústavu fyziky pevných látek TU Wien.

„Když vezmete v úvahu energii uvolněnou elektrony zapojenými do supravodivosti, skutečně byste očekávali, že bude supravodivost možná i při mnohem vyšších teplotách.“

Abyste porozuměli supravodivosti, musíte začít uplatňováním fyzikálních zákonů. „Problém je v tom, že do fenoménu supravodivosti je zapojeno mnoho částic současně,“ vysvětluje Held.

„Díky tomu jsou výpočty extrémně složité.“

Na jednotlivé elektrony v materiálu nelze pohlížet jako na jednotlivce, ale jako na celek. Díky této škále je však myšlenka tak složitá, že i nejsilnější počítače na světě nejsou k ničemu.

„Existují však různé metody aproximace, které nám mohou pomoci reprezentovat složité kvantové korelace mezi elektrony,“ říká Held.

Jednou z těchto metod je „teorie dynamického středního pole“, teorie ideální pro problémy, kde je výpočet kvantových korelací mezi elektrony obzvláště obtížný.

Nový výzkum založený na „Feynmanově diagramu“

Nové práce z TU Wein rozšiřují výpočet „Feynmanova diagramu“. Feynmanovy diagramy jsou metodou reprezentující interakce mezi částicemi.

Diagramy umožňují, aby všechny možné interakce částic byly znázorněny v diagramu, a jsou tedy užitečné pro velmi přesné výpočty. Nositel Nobelovy ceny Richard Feynman vytvořil diagramy pro použití při studiu jednotlivých částic ve vakuu.

Lze je však také použít k analýze interakcí mezi částicemi v pevných objektech. Čím složitější je však interakce, tím více diagramů je potřeba.

„V metodě vyvinuté profesorem Toschim a mnou již nepoužíváme Feynmanovy diagramy pouze k zobrazování interakcí, ale jako součást používáme také komplexní, časově závislý vrchol,“ vysvětluje Held.

„Tento vrchol sám o sobě sestává z nekonečného počtu Feynmanových diagramů, ale pomocí chytrého triku jej lze stále použít pro výpočty na superpočítači.“

Tato nová metoda vytvořila způsob, jak vědci aproximovat složitou kvantovou interakci částic, které mají být vypočítány.

„Fyzicky vzrušující je, že můžeme ukázat, že ve skutečnosti je to časová závislost vrcholu, což znamená, že supravodivost je možná pouze při nízkých teplotách.“

Díky pečlivé práci byli Motoharu Kitatani a profesor Held schopni identifikovat ortodoxní Feynmanov diagram, který ukazuje, proč se konvenční materiály stávají supravodivými pouze při -200 ° C a ne při pokojové teplotě - což vyřeší dlouho trvající problém.

Tyto práce umožní lepší pochopení supravodivých materiálů a jejich vlastností. Mohlo by to také vést k objevu materiálu, který může dosáhnout supravodivosti při pokojové teplotě.


Podívejte se na video: Tomáš Fürst: Jak perverzní incentivy a špatná statistika ničí vědu Pátečníci Stream, 20. 11. 2020 (Prosinec 2021).