واستخدم العلماء نموذجا حاسوبيا قوية لاستكشاف نوع المحير من مادة النحاس على أساس أن يمكن أن تتحول إلى موصل جيد للكهرباء. النتائج التي توصلوا إليها توفر محيرة القرائن لغزا على مدى عقود، والكم الحوسبة خطوة إلى الأمام. دع مادة تتدفق الحالية من قدرته على ترتيب الإلكترونات الذرية، وفقا لهذه الترتيبات أو تكوينات، حيث جميع المواد إما عازل أو موصل. ومع ذلك cuprate، وهي مادة غامضة مصنوعة من أكسيد النحاس، كما هو معروف في الأوساط العلمية.

لأنه يحتوي على بعض قضايا الهوية، بحيث يمكن أن تكون عازل وموصل. في ظل الظروف العادية، عازل هو cuprates: قمع وتدفق المواد من الالكترونات. ولكن من خلال تعديل تكوين، فإنها يمكن أن تتحول إلى أفضل الموصلات الفائقة في العالم. في عام 1986، واكتشاف الموصلية الفائقة إلى المكتشفين لها فاز بجائزة نوبل في عام 1987، ومع إمكانيات غير محدودة لتحسين الخارقة والتكنولوجيات مفتاح أخرى لجذب المجتمع العلمي. ومع ذلك، فإن تلت ذلك الارتباك 30 عاما: العلماء لم يتوصلوا بعد فك بالكامل الترتيب الإلكتروني مشفرة cuprate الموصلية الفائقة. وقال أستاذ متميز في الفيزياء في جامعة نورث إيسترن الطبقات آلان سيرز (ارون Bansil):

رسم هيكل الالكترونية من هذه المواد يمكن أن يقال ليكون واحدا من الفيزياء النظرية من أكثر التحديات الصعبة. وعلاوة على ذلك، منذ الموصلية الفائقة هي حدوث ظاهرة غريبة فقط عند درجة حرارة ناقص 149 درجة مئوية (أو تقريبا نفس درجة الحرارة على أدنى أورانوس)، مما يجعلها أول من تحديد الآليات الممكنة، يمكن أن تساعد الباحثين في مجال التصنيع الموصلات الفائقة التي تعمل في درجة حرارة الغرفة. الآن، قام فريق من الباحثين، بما في ذلك أستاذ الفيزياء الطبقات سيلفستر وجامعة نورث إيسترن، بما في ذلك روبرت مار كاي لعبة ويتشى، هو طريقة جديدة لمحاكاة هذه الآليات غريبة مما أدى إلى الموصلية الفائقة في cuprates.

دراسة في "الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم،" التي نشرت، وفريق البحث التنبؤ بدقة سلوك الالكترونات في مجموعة تسمى cuprates الإيتريوم الباريوم أكسيد النحاس، وعندما تتحرك لتحقيق التوصيل. وجدت في هذه cuprates، التوصيل من تكوين الإلكترونية من مختلف الأنواع، في ما يصل إلى 26 معين. في هذه المرحلة الانتقالية، وسوف تصبح مراحل مختلفة من نوع من الحساء على طبيعة المادة، يجري الآن كشف خصائص تقسيم هذه المواد الرائعة للمرة الأولى. الطبيعة الفيزيائية الداخلية هي الموصلات الفائقة cuprate غريبة، MARKIEWICZ أن هذا التعقيد هو الأساطير الكلاسيكية الهندية عن الناس أعمى والفيلة.

على مدى عقود، كان هذا على النحاس النكات الفيزياء النظرية. ووفقا لهذه الأسطورة، والأعمى واجه أول الفيل ومحاولة لمسها لمعرفة ما هو عليه. ولكن لأن كل واحد منهم لمس سوى جزء من الجسم، مثل الأنف أو الذيل أو الساق، لديهم الفيل مختلفة (ومحدودة) المفهوم. في البداية، مكرسة لطريقة مختلفة للنظر إلى (النحاس)، ولكن الباحثين يعرفون الطريق الصحيح عاجلا أو آجلا. آلية وراء cuprate، ويمكن أيضا مساعدة شرح المبادئ الفيزيائية وراء يصبح موصل جيد للكهرباء الخلط بين المواد الأخرى في درجات الحرارة القصوى.

وهي تستخدم لتغيير تماما والكم الحوسبة وغيرها من الوسائل التقنية لمعالجة سرعة فائقة للبيانات. يحاول البحوث لفهم كيف أنها في تجربة تستخدم cuprates الحقيقية معا. التحديات cuprate الموصلات الفائقة النموذج هو في نهاية المطاف عالم غريب من ميكانيكا الكم، الذي يدرس سلوك أصغر المادة والحركة، وكذلك القواعد الفيزيائية الغريبة التي تحكم كل شيء على المستوى الذري. في أي مادة معينة (مثل المعادن الهواتف الذكية) الإلكترونات فقط في الفضاء التي تحتوي على الإصبع، قد يكون معادلا لرقم 1 متبوعا 220.

منذ ولادة ميكانيكا الكم، مثل عدد كبير من الإلكترونات النمذجة البدني تم تحديا. العلماء مثل التفكير في هذه الجرة تعقيد الفراشات تطير بسرعة وذكية لتفادي الاصطدام. في مادة موصلة، فإن الإلكترونات تتحرك حولها، نظرا لتفاعل قوى المادية، وسوف تجنب بعضها البعض. هذه الخصائص هي صعبة لنمذجة المواد الأساسية من الملح النحاس. مشكلة Cuprates هي أنها بين المعدن وعازل، تتطلب طريقة جيدة جدا من الحساب، والتي يمكن عبور يلتقط النظام هذا، فهي على الحدود بين المعدن وعازل.

لذلك بحاجة إلى طريقة الحساب جيد جدا بحيث يمكن التقاط منهجي هذا التقاطع، نموذج بحث جديد يمكن التقاط هذا السلوك. ويضم فريق من جامعة تولين، باحثون من جامعة لابينرانتا للتكنولوجيا وجامعة تمبل. الباحثون هي أول شخص الدول cuprates الإلكترون النمذجة دون الحاجة إلى أن يكون مثل الفيزياء في الماضي يجب أن تفعل ذلك إضافة معلمات يدويا في حسابها. للقيام بذلك، محاكاة الباحثون الذري الإيتريوم الطاقة أكسيد الباريوم النحاس في أدنى مستوى. وهذا سيمكن الباحثين لتحفيز وتتبع تحركاتها في الإلكترونيات، والذي يساعد بدوره على وصف آلية الدعم الحرجة للانتقال فائقة التوصيل.

ويسمى هذا التغيير في المواد مرحلة شبه الفجوة، يمكن وصفها على أنها مجرد الباب. في عازل، وهيكل من المواد مثل باب مغلق، لا يمكن للمرء. إذا كان الباب مفتوحا، تماما كما موصل، يمكن أن الإلكترونات تمر بسهولة. ولكن بعد هذه المرحلة من المواد شبه الفجوة، وفتح الباب قليلا. ما هذه الأبواب تفتح الباب إلى ديناميكية حقيقية لا يزال لغزا، ولكن النموذج الجديد لالتقاط ممكن 26 لقيام هذا التكوين الإلكترون. مع الآن قادرة على تنفيذ هذا المبدأ الأول، أي نوع المعلمة النمذجة، لديها القدرة للذهاب حقا أبعد من ذلك، ومن المتوقع أن تبدأ في فهم أفضل لهذه المرحلة شبه الفجوة.

الديباج بارك | البحوث / من: جامعة نورث إيسترن

مجلة إشارة "PNAS"

دوى: 10.1073 / pnas.1910411116

الديباج بارك | علوم والتكنولوجيا والبحوث والعلوم