В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат

Открытые два года назад железосодержащие сверхпроводники возродили энтузиазм к одной из самых интригующих физических заморочек современности — построению теории высокотемпературной сверхпроводимости. Главной загадкой на пути решения этой задачки остаются неведомые и не понятые до сего времени процессы снутри вещества, которые несут ответственность за его сверхпроводящее состояние и которые позволяют ему иметь высшую В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат критичную температуру (температуру перехода из обычного состояния в сверхпроводящее). Японские ученые в журнальчике Physical Review Letters выпустили экспериментальную работу, результаты которой могут внести некую определенность в осознание этих внутренних устройств сверхпроводимости с высочайшей критичной температурой.

Кристаллическая решетка BaFe2As2. Изображение с веб-сайта www.natureasia.com

Сверхпроводимость характеризуется отсутствием электронного сопротивления В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат и безупречным диамагнетизмом (абсолютным непроникновением магнитного поля вовнутрь материала). Она появляется у веществ, которые имеют температуру ниже определенного, соответствующего только для их значения. Такая температура именуется критичной (Tc).

Хотя сверхпроводимость была открыта голландским ученым Хейке Камерлинг-Оннесом вприбавок сначала прошедшего века (в 1911 году), объяснено это явление было только В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат спустя приблизительно 50 лет (в 1957 году). Создателями теории сверхпроводимости принято считать Джона Бардина, Леона Купера и Джона Шриффера. Они установили, что вещество становится сверхпроводящим благодаря объединению электронов проводимости в пары (называемые куперовскими) и их предстоящей синхронизации. Другими словами, все электроны ведут себя как единое неразделимое (ни один из электронов не стремится В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат в этом состоянии показать свою «индивидуальность») и благодаря этому обтекают без какого-нибудь сопротивления кристаллическую решетку вещества.

Возникновение куперовских пар обосновано сложным взаимодействием ионов кристаллической решетки и электронов. Электроны обмениваются безмассовыми «почти» частичками (квазичастицами) фононами — квантами колебательного движения ионов. «Почти» — так как фононы не могут существовать В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат в свободном состоянии, их жизнь ограничена кристаллической решеткой. В итоге обмена квазичастицами промеж электронами возникает притяжение, что в свою очередь приводит к образованию куперовских пар. Описанный процесс формирования куперовских пар получил наименование электрон-фононного взаимодействия (механизма). Конкретно этот механизм и составляет базу теории сверхпроводимости, либо теории БКШ, нареченной так по первым буковкам В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат фамилий ее создателей.

Нужно сказать, что теория БКШ, как и неважно какая другая физическая теория, не появилась спонтанным образом. Она стала итогом поочередных экспериментальных и теоретических исследовательских работ разных ученых. Посреди этого обилия особо стоит выделить публикации британского физика Герберта Фрёлиха, который в 1950 году первым указал на существенную роль В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат воздействия ионов на электроны в появлении сверхпроводимости. Из собственной идеи доктор сумел вывести заключение о том, что критичная температура в семействе изотопов данного сверхпроводника должна быть вспять пропорциональна квадратному корню массы иона М (молекулярной массы), другими словами Tc ~ M–α (значок «~» обозначает пропорциональность), где α = 0,5. Проще говоря, чем В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат больше молекулярная масса сверхпроводящего вещества, тем меньше его критичная температура. Такая зависимость получила наименование «изотопический эффект», либо «изотоп-эффект». В том же году Эммануэль Максвелл нашел изотопический эффект в изотопах ртути, что явилось весомым подтверждением корректности догадки Фрёлиха. Позднее изотоп-эффект был открыт и у других сверхпроводников (см. таблицу 1).

Таблица 1. Изотопический эффект В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат в разных сверхпроводниках

СверхпроводникαМеханизм сверхпроводимостиHg (ртуть)0,5±0,03фононныйTl (таллий)0,5±0,1фононныйCd (кадмий)0,5±0,1фононныйMo (молибден)0,33±0,05фононный

La0,89Sr0,11CuO4

(подмена 16О на 18О)

≈0,07?

YBa2Cu3O7

(подмена 16О на 18О)

≈0,02?

*Символ вопроса значит, что ученые не знают настоящей предпосылки формирования куперовских пар и, сообразно, появления сверхпроводимости.

Отметим, что в рассуждениях Фрёлиха В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат речь шла о моноатомных сверхпроводниках, другими словами материалах, образованных из 1-го хим элемента.

Когда в 1986-87 годах была найдена высокотемпературная сверхпроводимость в купратных (медьсодержащих) соединениях La0,89Sr0,11CuO4 (Tc = 40 К) и YBa2Cu3O7 (Tc = 92 К) и др., ученым стало ясно, что ставшая уже традиционной теория БКШ не в В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат состоянии ее разъяснить. БКШ-теория не допускает существования настолько высочайшей критичной температуры в субстанциях с таковой силой электрон-фононного взаимодействия. На то, что не фононы принуждают объединяться электроны в высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП), указывало и неимение у этих ВТСП изотоп-эффекта по кислороду — элементу, который вместе с медью В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат находится во всех открытых потом сверхпроводниках с высочайшей Tc. Замещение обычного кислорода 16О другими его изотопами очень слабо изменяло критичную температуру (см. таблицу 1).

С того времени изотоп-эффект стал рассматриваться как необычный тест на причастность фононов к возникновению сверхпроводимости. Если α равно либо близ к 0,5, то в данном материале куперовские пары (сверхпроводимость) появляются В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат за счет электрон-фононного притяжения. В неприятном случае сверхпроводимость вызвана другим механизмом.

Чтоб выявить наличие либо неимение изотоп-эффекта в сверхпроводнике, нужно найти показатель степени α в зависимости Tc ~ M–α. Высчитать α из экспериментальных данных легко. Потому что Tc ~ M–α, то герб равенства промеж критичной температурой и массой иона возникнет В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат, если переписать эту зависимость в таком виде: Tc = const·M–α (const — это неизменная величина, константа, которая от Tc и M не зависит). Продифференцировав Tc по M и вспомнив определение производной функции, получим формулу:

,

где ΔM и ΔT соответствуют разности масс ионов и разности критичных температур, возникающей при замещении иона В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат его изотопом. Из этой формулы, делая упор на экспериментальные данные, ученые и определяют α, другими словами наличие либо неимение изотопического эффекта.

Естественно, изотоп-эффект не дает прямого ответа на важный вопрос высокотемпературной сверхпроводимости: что принуждает электроны в ВТСП объединяться в пары? Но он играет важную роль в распутывании В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат этой загадки, а именно позволяет найти ступень причастности фононов к появлению куперовских пар.

С открытием в 2008 году железосодержащих ВТСП поиски обстоятельств появления высокотемпературной сверхпроводимости возобновились с новейшей силой. И, естественно, сначала ученых заинтриговала величина вклада электрон-фононного взаимодействия в сверхпроводимость «железных» сверхпроводников. Будет ли этот вклад отличен от нуля либо В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат он так же пренебрежительно мал, как и в купратных ВТСП? Один из вероятных методов решения данной трудности связан с обнаружением (либо необнаружением) изотопического эффекта по железу — веществу, объединяющие «железные» сверхпроводники в один класс.

В первый раз изотоп-эффект в железосодержащих ВТСП, а поточнее, в поликристаллических соединениях SmFeAsO1–xFx (х В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат = 0,15) с Tc = 40 К и Ba1–xKxFe2As2 (х = 0,4) с Tc = 37 К был открыт группой китайских ученых в 2009 году. Заменяя атомы природного (более всераспространенного) железа 56Fe изотопом 54Fe, исследователи узнали, что показатель степени α находится поблизости от 0,5 и предположительно равен 0,35. Из результатов опыта ученые заключили, что отчасти (отчасти — так как α равно не 0,5, а В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат чуток меньше – 0,35) куперовские пары формируются под действием электрон-фононного взаимодействия, но безусловно, что количественно этот процесс традиционной теорией БКШ не обрисовать.

История с изотопическим эффектом в железосодержащих сверхпроводниках получила свое продолжение в не так давно размещенной в журнальчике Physical Review Letters статье японских ученых Inverse Iron Isotope В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат Effect on the Transition Temperature of the (Ba,K)Fe2As2 Superconductor (доступной также тут). Они сосредоточили свое внимание на изотоп-эффекте по железу в поликристаллах Ba1–xKxFe2As2 — сверхпроводника, в каком тот же эффект по железу изучили их китайские коллеги.

Чтоб достигнуть малой грехи в итоговых результатах, создатели В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат статьи приготовили семь наборов из сверхпроводящего Ba1–xKxFe2As2 по два эталона в каждом. Условия их производства были совсем схожими. разность заключалась только в хим составе, а поточнее, в использовании при изготовлении сверхпроводника вместе с обыденным железом (56Fe, в таблице оно обозначено как nFe) 2-ух его других размеренных изотопов В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат: 54Fe и 57Fe. представим, набор S2, как видно из таблицы, представляет собой два идиентично приготовленных поликристалла Ba1–xKxFe2As2, в состав которых входят изотопы железа-54 и 57 соответственно.

Таблица 2. Критичная температура, сдвиг критичной температуры и показатель степени в изотопическом эффекте по железу зависимо от изотопа Fe, входящего в состав сверхпроводящих В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат поликристаллов Ba1–xKxFe2As2

Из приобретенных данных (см. таблицу 2) ученые высчитали показатель степени α и нашли, что, во-1-х, он отличается от нуля и в среднем равен –0,18. Во-2-х, и это самое необыкновенное, он имеет отрицательный герб, другими словами чем тяжелее ион железа, входящий в сверхпроводник, тем выше критичная температура В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат. В подавляющем большинстве сверхпроводники, если и владеют изотоп-эффектом, то для их α — положительное число.

Возникающее противоречие с плодами предшествующей работы по изотоп-эффекту (см. выше) создатели статьи разъясняют несовершенством производства поликристаллов Ba1–xKxFe2As2, делая упор на вероятную некорректность в допировании исследуемого вещества атомами калия.

Какие выводы делают из собственной работы В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат японские экспериментаторы? Ненулевое значение α показывает на то, что фононы нельзя скидывать со счетов в теории сверхпроводимости «железных» ВТСП. Но отрицательная величина α гласит о том, что механизм электрон-фононного взаимодействия, может быть, более тяжелый, чем описываемый в теории БКШ. На основании того, что α в среднем равно –0,18, а не 0,5, создатели статьи В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат делают последующее гипотеза. По их воззрению, в железосодержащих ВТСП реализуется экзотичный механизм объединения куперовских пар: смесь «более сложного» электрон-фононного и обменного взаимодействий. В одной из прошедших новостей «Элементы» уже писали возможном обменном механизме формирования пар электронов. Потому только напомним, что обменное взаимодействие частиц представляет собой квантовый В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат (связанный с принципом запрета Паули) аналог электростатического взаимодействия.

Таким макаром, если теоретикам получится разъяснить таковой аномальный изотоп-эффект в «железных» ВТСП в рамках высказанной создателями обсуждаемой статьи догадки о смешанном содействии электронов, то не исключено, что природа высокотемпературной сверхпроводимости может проясниться не только лишь для данного класса сверхпроводников.

Источник: Parasharam В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект - реферат M. Shirage, Kunihiro Kihou, Kiichi Miyazawa, Chul-Ho Lee, Hijiri Kito, Hiroshi Eisaki, Takashi Yanagisawa, Yasumoto Tanaka, Akira Iyo. Inverse Iron Isotope Effect on the Transition Temperature of the (Ba,K)Fe2As2 Superconductor // Phys. Rev. Lett. 103, 257003 (2009).



v-zerkale-detskogo-vospriyatiya.html
v-zheleze-rastvoryaetsya-tolko-ego-sobstvennij-oksid-feo.html
v-zhelezosoderzhashih-sverhprovodnikah-obnaruzhen-izotopicheskij-effekt-referat.html