Состояние вещества, в которое идеально проводиться как электричество, так и тепло

Источник «ECONET» / фото - «econet.ua» 22.02.2020 12:20

Три ученых из Чикагского университета считают, что может быть способ сделать материал, который мог бы проводить как электричество, так и энергию со 100%-й эффективностью, не теряя энергии на трение и нагрев.

Прорыв, опубликованный 18 февраля в Physical Review B, предлагает основу для совершенно нового типа материи, которая может иметь очень полезные технологические приложения в реальном мире. Хотя прогноз основан на теории, предпринимаются усилия, чтобы проверить его экспериментально.

«Мы начали пытаться ответить на действительно базовый вопрос, чтобы посмотреть, возможно ли это вообще - мы думали, что эти два свойства могут быть несовместимы в одном материале», - сказал соавтор и научный руководитель Дэвид Мацциотти. «Но, к нашему удивлению, мы обнаружили, что два состояния фактически запутались на квантовом уровне и таким образом усиливают друг друга».

Поскольку в линиях электропередачи, двигателях и оборудовании каждый год теряется неисчислимое количество энергии, ученые стремятся найти более эффективные альтернативы. «Во многих отношениях это самый важный вопрос XXI века - как генерировать и перемещать энергию с минимальными потерями», - сказал Мацциотти.

Мы знали о сверхпроводниках - материалах, которые могут проводить электричество вечно почти без потерь - более века. Но только в последние несколько лет ученым удалось создать подобный материал в лаборатории, который может проводить энергию практически без потерь, называемый экситонным конденсатом.

Но и сверхпроводники, и экситонные конденсаты являются сложными материалами для создания и поддержания функционирования - отчасти потому, что ученые не до конца понимают, как они работают, а теория, лежащая в их основе, является неполной. Мы знаем, однако, что оба связаны с действием квантовой физики.

Выпускник Университета Чикаго ЛиАнн Сагер начала задумываться, как два состояния могут быть сгенерированы в одном материале. Группа Мацциотти специализируется на изучении свойств и структур материалов и химикатов с помощью вычислений, поэтому она начала подключать различные комбинации к компьютерной модели. «Мы просмотрели множество возможностей, а затем, к нашему удивлению, нашли место, где оба свойства могли бы существовать вместе», - сказала она.

Похоже, что в правильной конфигурации два состояния фактически запутываются - квантовое явление, в котором системы становятся нематериально связанными вместе. Это бросает вызов общепринятому представлению о том, что два состояния не связаны, и может открыть новое поле двойных экситонных конденсатов и фермионных пар.

Используя продвинутую математику, они показали, что благодаря квантовой запутанности, двойные конденсаты теоретически должны существовать даже в макроскопических размерах, то есть видимых человеческому глазу.

«Это означает, что такие конденсаты могут быть реализованы в новых материалах, таких как двойной слой сверхпроводников», - сказал Сагер.

Ученые работают с экспериментальными группами, чтобы увидеть, может ли прогноз быть достигнут в реальных материалах.

«Возможность сочетания сверхпроводимости и экситонных конденсатов была бы удивительной для многих применений - электроники, спинтроники, квантовых вычислений», - сказал Шива Сафаэй, соавтор статьи. «Хотя это первый шаг, он выглядит чрезвычайно многообещающе».

Новость на сайте «ECONET» / Интересные / 2020-02-22T12:20:00+03:00 / 398

Другие новости / Интересные

Интересные