Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Quantum Optica bevestigden de hypothese over de invloed van magnetische krachten op
Voor hun experiment gebruikten natuurkundigenkwantumsimulator: een kwantumcomputer die fysieke systemen nabootst. Hiervoor plaatsten ze met behulp van laserstraling ultrakoude atomen in een vacuüm, zodanig dat ze elektronen nabootsen in een vereenvoudigd model.
De spins van de atomen waren gerangschikt met een variabelerichting. Hierdoor ontstond een antiferromagnetische structuur, die kenmerkend is voor veel hogetemperatuursupergeleiders. De wetenschappers stabiliseerden het materiaal met behulp van magnetische interactie en 'optimaliseerden' het model door het aantal atomen in het systeem te verminderen. Zo ontstonden er gaten (vacatures) in de atomaire structuur.
Natuurkundigen hebben een kwantumgasmicroscoop gebruikt,om het gedrag van gaten in het systeem te observeren. Dit is een apparaat waarmee je kwantumeffecten en de kleinste veranderingen in atomen kunt visualiseren. De studie bevestigde dat gaten die dicht bij elkaar kwamen paren vormden op basis van magnetische interactie.
Mechanisme van communicatiebinding in magnetisch geordendesysteem. De rode en blauwe bollen zijn spins met tegengestelde oriëntatie, de gearceerde strepen die de bollen verbinden geven de magnetische volgorde aan. De witte bollen zijn gaten. Wanneer het gat beweegt, zoals weergegeven in (i) en (ii), verstoort het de magnetische orde. Als het tweede gat echter met het eerste wordt verbonden, zoals in (iii), blijft de magnetische orde behouden ondanks de beweging van ladingsdragers. Afbeelding: Max Planck Instituut voor Quantum Optica
Supergeleiding bij hoge temperatuur - nulelektrische weerstand in individuele materialen bij een relatief hoge temperatuur - werd meer dan 40 jaar geleden ontdekt. Maar tot nu toe begrijpen natuurkundigen de kwantumfysische mechanismen van dit proces niet volledig.
Voor ladingsoverdracht in supergeleiders,de vorming van paren ladingdragers - elektronen of gaten. In traditionele supergeleiders die bij lage temperaturen werken, zijn atoomroostervibraties, fononen genaamd, verantwoordelijk voor dit proces, leggen natuurkundigen uit, maar in supergeleiders met hoge temperaturen kan zo'n mechanisme niet werken. De nieuwe studie bevestigt een van de mogelijke hypothesen.
Natuurkundigen zijn van plan het model te verfijnen om niet alleen de vorming van paren ladingsdragers te observeren, maar ook hun beweging door het kristalrooster.
Lees verder:
Een gigantische zonnevlek draait zich naar de aarde. Het is met het blote oog te zien
Zie hoe een bladloos vliegtuig vliegt. Zijn snelheid overschrijdt 900 km/h
"Sparklers" in de corona gaan vooraf aan zonnevlammen
Op de omslag: een artistieke illustratie van gaten die verbonden zijn door de magnetische eigenschappen van het systeem. Afbeelding: C.Hohmann, Centrum voor kwantumwetenschap en technologie in München