2006年1月10
它们看起来像小漩涡尘暴表面的超导体:“漩涡”出现在磁场与物质交互。然而不像无害的尘暴,漩涡可以sap超导体传输电流无阻力的能力。
知道漩涡移动和安排自己在不同的温度和磁场,以及它们是如何影响材料的物理性质,是维持超电流流动的关键。
作为阿贡的强烈关注超导体的一部分,一组科学家在实验室里亚博网站下载材料科学亚博老虎机网登录部门(MSD)取得了,第一次交互的详细图像与人工磁漩涡,在超导纳米工程缺陷。理解这种互动可以帮助科学家减少漩涡”current-sapping影响或导致从根本上新的超导体传输直流和交流电力设计,基于涡和量子逻辑设备操作。
高温超导体,在1986年发现,引起了强烈的兴趣由于其导电能力与液态氮冷却时无阻力。以前,超导是唯一已知的金属与液态氦冷却,这是更加困难和昂贵的生产和处理。高温超导体现在在许多应用程序中使用,包括射频滤波器为移动电话网络,磁共振成像(MRI)机器和粒子加速器。
这些超导体限制应用程序的一个关键因素是他们对磁场的反应,在电动汽车等。磁场减少当前的超导材料。的字段创建旋转管电流在超导材料-漩涡。超导是完全压制在这些结构。(单个涡旋结构和他们的安排是预测的阿列克谢Abrikosov阿贡的材料科学部门,谁赢得了2003年诺贝尔物理学奖,他的作品在超导体)。亚博网站下载亚博老虎机网登录当电流流经超导体,漩涡推成直角的电流由洛伦兹力。材料内部的漩涡运动消耗能量并产生阻力。
科学家们发现,漩涡可以锁定位置通过“锁住”的缺陷——小沙粒非超导物质嵌入到超导体。
“今天,漩涡把超导体研究的主攻方向,“说Goran Karapetrov (MSD)的首席研究员阿贡的团队,包括玛丽亚Iavarone, Jan费铎丹Rosenmann和围郭(MSD)。“我们正专注于背后的微观物理缺陷的漩涡,增加材料的载流能力”。亚博网站下载
了解更多关于漩涡及其影响,阿贡团队使用低温扫描隧道显微镜,或扫描隧道显微镜。这种先进的技术用于基础研究获得量子图像表面的基本信息的电子态和表面之下。表面的原子尺度图像及其电子结构允许阿贡团队精确的位置控制超导的漩涡和缺陷销的漩涡。这种强大的成像技术应用到工程缺陷结构是一个很大的进步。
STM需要一个极其尖锐的导电探针与样品举行接近的距离——只有少数atom-diameters。电子能跳之间的缺口或“隧道”样品材料和手写笔,产生一个电信号。笔慢慢地扫描整个表面,提高和降低保持表面之间的差距和常数。记录笔的垂直运动揭示表面原子的原子的结构。
“如果扫描提示触摸表面,实验结束后,“Karapetrov说。“这些实验是非常精确的。表面形象化,提示在3至4埃的材料。它必须是精确的距离——在一百分之一埃为了观察这些影响。”
超越发展中复杂的STM技术,样品准备的团队设计了一个方法和一个自动包含一个周期阵列平面缺陷销漩涡。
“每个缺陷的大小可以容纳六个漩涡,“Karapetrov说。“随着磁场的增加超出了饱和数量的缺陷,漩涡出现在缺陷。”
附加一个弱磁场引起的漩涡本身的缺陷,如预期。随着科学家们增加磁场,STM图像显示额外的漩涡;那些找不到回家的缺陷与出现在有序的线条——“链”。As the magnetic field was increased further, the vortex chains became denser, up to a specific, critical intensity; at this critical field the vortex chain split into two parallel chains. The transition was accompanied by a peak in the superconductor's critical current density — the measure of how well the superconductor carries large electric currents. The scientists were able to create additional parallel chains by further increasing the magnetic field.
“这基本上是一个相变Karapetrov说。“这种行为是理论上预测超过10年前,但这没有可能看到它直到这种扫描技术完善。”
实验首次从单个到多个链这一阶段转变被直接观察。这也是第一次研究了涡流与STM工程样品。以前,创建超导体不同缺陷属性是使用与重粒子加速器产生的随机分布的缺陷像阿贡的阿特拉斯。
“STM实验用样品辐照在阿特拉斯帮助我们很多,但能够创建工程样品意味着我们可以自由地做任何几何缺陷符合最好的应用程序,“Karapetrov说。“我们可以设计材料涡流固定能力和最好的临界电流通过改变工艺参数。缺陷是由光刻技术以来,我们已经完全控制了几何形状和内部结构。”The lithographic process also allows researchers to vary the material in the defects, opening up a new avenue for research.
这项研究导致了两个发表论文应用物理快报和物理评论快报:第一个讨论样品制备,第二个重点研究结果。(APL 87, 162515 (2005)。启。95 (2005)167002)。