超伝導は物質の大部分に磁場を生成しました

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Anonim
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研究中の結晶によるX線の散乱

物理学者は、超伝導状態への遷移中に磁場が発生する物質を最初に発見しましたが、その化合物である二テルル酸ウランUTe2は、超伝導相の外側で磁気秩序を持たないため、例外的です。そのような特性を持つ物質は、量子コンピューターの分野で非常に人気があるかもしれない、と著者はジャーナルScienceに書いています。

超伝導は巨視的量子現象であり、低温での特定の物質の電気抵抗がゼロの新しい状態への相転移で構成されます。超伝導体にはいくつかの異なるタイプがあります。これらの中で最も単純なものはいくつかの純金属であり、その特性は絶対零度近くで変化し、それらの動作はバーディーン-クーパー-シュリーファー(BCS)理論によって十分に説明されています。

本格的な理論的記述がまだ提案されていない、非定型超伝導体の広範で不均一なグループがあります。これらの物質の研究は、物性物理学の主要で最も活発な分野の1つに属しています。これは、記録的な高い臨界温度を持つほとんどの超伝導体がまったく非定型であるためです。包括的な理論がないため、これまで以上に優れたパラメータを持つ物質を体系的に検索することはできず、常圧で臨界温度が摂氏0度を超える技術的な意味で非常に望ましい超伝導体に近づいています。

最も珍しい超伝導体の1つは強磁性超伝導体であり、物質のこの量子相とそれ自体の磁場が共存することを特徴としています。通常の状況では、この状態の物質が磁場をそれ自体の体積から押し出すため、この組み合わせは興味深いものです。超伝導の出現を妨げ、臨界値を超える発生を完全に防ぎます。もう1つの特徴は、既知の強磁性超伝導体のほとんどがUGe2、URhGe、UCoGeなどのウラン化合物であることです。

他の多くの「型破りな」ケースと同様に、強磁性超伝導の一般的な理論はまだ作成されていません。物理学者はこの現象をさまざまな方法で説明しようとしましたが、最近、三重項超伝導の仮説が最も発展しました。

超伝導は、電子のグループが結合する能力に関連していると考えられており、これにより、電子のグループはフェルミ粒子の本質を失い、ボソンの特性を獲得することができます。その結果、パウリの排他原理はそれらに作用しなくなり、それらはすべて、結晶格子上で散乱することなく移動する最低エネルギー状態を占めることができます。 BCS理論で記述されている通常の超伝導体では、反対のスピンを持つ電子が2つに結合します。つまり、スピンがゼロのボソンであるクーパー対(一重項)を形成します。三重項超伝導は、一方向スピンを持つ電子のペアリングが可能であることを示唆しており、これにより、スピンが1に等しい3つの可能な固有状態が生じます。

米国国立標準技術研究所のニコラス・ブッチと彼のアメリカ人の同僚が率いる論文は、三重項超伝導が疑われる新しいウラン化合物である二テルル化ウランUTe2の特性を説明しました。他の強磁性超伝導体と同様に、UTe2は磁場に対して非常に耐性があり、40テスラ(地球の磁場の約100万倍強力)を超える磁場でのみ量子状態を残しますが、純粋な物質の場合、原則として臨界磁場はは1テスラ以下であり、YBCOクラスの複雑な化合物のみがより強い磁場を必要とします。

ただし、UTe2は、一度にいくつかのパラメーターで一意です。他の強磁性超伝導体よりも臨界温度が大幅に高い(1、6ケルビン対0.8以下)という特徴があり、さらに重要なことに、通常の状態では常​​磁性体です。他のすべてのように強磁性体ではありません。常磁性体は、磁気秩序がないという点で強磁性体とは異なり、その結果、それ自体の磁場がありません。強磁性体がキュリー点を超えて加熱されると、熱ゆらぎによって磁気秩序が確立できなくなり、物質は常磁性体になります。研究されたウランの化合物は、超伝導と一緒にのみ磁気秩序を持っています。

UTe2は通常、それ自体の磁化を持たず、外部磁場の存在下でのみ誘導された磁化が現れる可能性がありますが、超伝導相ではそれ自体の磁場を獲得します。著者らは、UTe2がいくつかのタイプの量子コンピューターを構築するのに適した特性を示していると信じています。特に、外部磁場の存在下で超伝導状態を維持する能力は、超伝導キュビットの材料としてUTe2を使用する場合のエラーに対するロバスト性を提供するはずです。

物理学者は最近、鉄ベースの材料のトポロジカル超伝導を確認し、セレン化ビスマスをベースにした新しい超伝導体に異常な磁気効果を発見しました。グラフェンは、超伝導の文脈で特に興味深いものです。たとえば、3層グラフェンでできた超格子の量子状態を制御できることがわかりました。

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