EO

Een nieuwe staat van materie - elektronenvierlingen

20 oktober 2021 om 07:03 uur

Het op ijzer gebaseerde supergeleidermateriaal Ba1?xKxFe2As2 is gemonteerd voor experimentele metingen. Foto: Vadim Grinenko, Federico Caglieris

Het centrale principe van supergeleiding is dat elektronen paren vormen. Maar kunnen ze ook condenseren tot viertallen? Recente bevindingen suggereren van wel, en een natuurkundige van het KTH Royal Institute of Technology publiceerde het eerste experimentele bewijs van dit verviervoudigende effect en het mechanisme waarmee deze toestand van materie optreedt.


Egor Babaev en medewerkers, die in Nature Physics rapporteren, presenteerden bewijs van verviervoudiging van het fermion in een reeks experimentele metingen aan het op ijzer gebaseerde materiaal Ba1-xKxFe2As2. De resultaten volgen bijna 20 jaar nadat Babaev dit soort fenomeen voor het eerst voorspelde, en acht jaar nadat hij een paper publiceerde waarin hij voorspelde dat het in het materiaal zou kunnen voorkomen.

 

Het koppelen van elektronen maakt de kwantumtoestand van supergeleiding mogelijk, een nulweerstandstoestand van geleidbaarheid die wordt gebruikt in MRI-scanners en kwantumcomputers. Het komt voor in een materiaal als gevolg van twee elektronen die zich binden in plaats van elkaar af te stoten, zoals ze zouden doen in een vacuüm. Het fenomeen werd voor het eerst beschreven in een theorie door Leon Cooper, John Bardeen en John Schrieffer, wiens werk in 1972 de Nobelprijs kreeg.

 

Cooper-paren zijn in feite tegenpolen die elkaar aantrekken. Normaal gesproken zouden twee elektronen, die negatief geladen subatomaire deeltjes zijn, elkaar sterk afstoten. Maar bij lage temperaturen in een kristal worden ze losjes in paren gebonden, wat aanleiding geeft tot een robuuste langeafstandsorde. Stromen van elektronenparen verstrooien niet langer door defecten en obstakels en een geleider kan alle elektrische weerstand verliezen en een nieuwe toestand van materie worden: een supergeleider.

 

Pas de laatste jaren is het theoretische idee van vier-fermioncondensaten breed geaccepteerd.

Om een ​​verviervoudiging van het fermion te laten optreden, moet er iets zijn dat condensatie van paren voorkomt en hun stroming zonder weerstand verhindert, terwijl condensatie van vier-elektronencomposieten mogelijk is, zegt Babaev.

 

De Bardeen-Cooper-Schrieffer-theorie stond dergelijk gedrag niet toe, dus toen de experimentele medewerker van Babaev aan de Technische Universtät Dresden, Vadim Grinenko, in 2018 de eerste tekenen van een verviervoudigend fermioncondensaat ontdekte, daagde het jaren van heersende wetenschappelijke overeenstemming uit. Wat volgde was drie jaar experimenteren en onderzoeken in laboratoria van meerdere instellingen om de bevinding te valideren.

 

Babaev zegt dat de belangrijkste van de waarnemingen is dat fermionische viervoudige condensaten spontaan de tijdomkeringssymmetrie doorbreken. In de natuurkunde is tijdomkeersymmetrie een wiskundige bewerking van het vervangen van de uitdrukking voor tijd door zijn negatief in formules of vergelijkingen, zodat ze een gebeurtenis beschrijven waarin de tijd achteruit loopt of alle bewegingen worden omgekeerd.

 

Als men de richting van de tijd omkeert, gelden de fundamentele wetten van de fysica nog steeds. Dat geldt ook voor typische supergeleiders: als de pijl van de tijd wordt omgekeerd, zou een typische supergeleider nog steeds in dezelfde supergeleidende toestand zijn. "In het geval van een condensaat van vier fermionen dat we rapporteren, brengt de tijdomkering het echter in een andere staat", zegt hij.

 

"Het zal waarschijnlijk vele jaren van onderzoek vergen om deze toestand volledig te begrijpen", zegt hij. "De experimenten openen een aantal nieuwe vragen en onthullen een aantal andere ongebruikelijke eigenschappen die verband houden met de reactie op thermische gradiënten, magnetische velden en ultrageluid die moeten nog beter worden begrepen."

 

Bijdragen aan het onderzoek waren wetenschappers van de volgende instellingen: Instituut voor Solid State and Materials Physics, TU Dresden, Duitsland; Leibniz Instituut voor Solid State en Materials Research, Dresden; Universiteit van Stockholm; Bergische Universtät in Wuppertal, Duitsland; Dresden High Magnetic Field Laboratory (HLD-EMFL); Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat, Duitsland; Helmholtz-Zentrum, Duitsland; Nationaal Instituut voor geavanceerde industriële wetenschap en technologie (AIST), Japan; Institut Denis Poisson, Frankrijk.

 

Gerelateerd nieuws

Bolometers opereren bij hogere temperatuur dankzij nieuw supergeleidend materiaal

Bolometers opereren bij hogere temperatuur dankzij nieuw supergeleidend materiaal

Detectoren die bestaan uit een combinatie van een supergeleidende hot electron bolometer (HEB) en een lokale oscillator vormen de werkpaarden van de supra-terahertzastronomie. Deze detectoren bekijken bijvoorbeeld de…

Gaan we naar holl Vtol-vleugels?

Vliegen met holle vleugels

De meeste eVTol-startups richten zich op luchttaxitoepassingen, met twee tot zes stoelen. Maar een paar denken groter. Craft Aerospace (VS) streeft naar voor negen zitplaatsen, voor regionale vluchten tussen steden. En…

Robottextiel  kan mensen helpen ademen

Robottextiel kan mensen helpen ademen (video)

Een nieuw soort vezel kan worden verwerkt tot kleding die voelt hoeveel het wordt uitgerekt of samengedrukt, en dan onmiddellijk voelbare feedback geeft in de vorm van druk, zijwaartse rek of vibratie. Dergelijke stoffen…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Güdel Benelux
Güdel Benelux

Lineaire aandrijf componenten en oplossingen

Orfa Visser BV
Orfa Visser BV

Gespecialiseerd in Forceren, Dieptrekken, Flenswalsen, Lassen en Apparatenbouw.

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

3 december 2021, online

Seminar on the recycing of permanent magnets

This seminar presents a technical and market overview of magnet recycling in the EU, with current R&I...

27 januari 2022, Amsterdam en online

The Things Conference

Conferentie over Lorawan

15 maart 2022, Utrecht

Technishow / Esef

Vakbeurs over smart technology

Meer agendapunten »