การรักษาสมดุลระหว่างครอบครัวและงาน

หนึ่งในข้อจำกัดที่สำคัญสำหรับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ในโลกแห่งความเป็นจริงคือ วัสดุที่ทำให้ตัวนำยิ่งยวดเป็นไปได้ โดยทั่วไปแล้วจะต้องอยู่ในอุณหภูมิที่เย็นจัดเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าถึงระดับนั้น ในการก้าวข้ามขีดจำกัดนี้ นักวิจัยจำเป็นต้องสร้างภาพที่ชัดเจนว่าวัสดุตัวนำยิ่งยวดต่างๆ มีลักษณะอย่างไรในระดับอะตอม ขณะที่เปลี่ยนผ่านสถานะต่างๆ ของสสารเพื่อกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด นักวิชาการในห้องทดลองของมหาวิทยาลัยบราวน์ ซึ่งทำงานร่วมกับทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติ ได้ขยับเข้าใกล้อีกก้าวหนึ่งเพื่อไขความลึกลับนี้สำหรับตระกูลโลหะคาโงเมะที่เป็นตัวนำยิ่งยวดที่เพิ่งค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ ในการศึกษาครั้งใหม่ พวกเขาใช้กลยุทธ์ใหม่ที่เป็นนวัตกรรมซึ่งรวมเอาการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กนิวเคลียร์และทฤษฎีการสร้างแบบจำลองควอนตัมเพื่ออธิบายโครงสร้างระดับจุลภาคของตัวนำยิ่งยวดนี้ที่อุณหภูมิ 103 องศาเคลวิน ซึ่งเทียบเท่ากับอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาฟาเรนไฮต์ประมาณ 275 องศา นักวิจัยได้อธิบายถึงคุณสมบัติของสถานะที่แปลกประหลาดนี้สำหรับสิ่งที่เชื่อว่าเป็นครั้งแรกในการวิจัยทบทวนทางกายภาพ ในท้ายที่สุด การค้นพบนี้แสดงถึงความสำเร็จครั้งใหม่ในการเดินขบวนไปสู่ตัวนำยิ่งยวดที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า ตัวนำยิ่งยวดที่สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง (หรือใกล้เคียง) ถือเป็นจอกศักดิ์สิทธิ์ของฟิสิกส์สสารควบแน่น เนื่องจากมีโอกาสทางเทคโนโลยีมหาศาลที่พวกเขาจะเปิดขึ้นในประสิทธิภาพการใช้พลังงาน รวมทั้งในการส่งไฟฟ้า การขนส่ง และการคำนวณด้วยควอนตัม "หากคุณกำลังจะสร้างวิศวกรรมบางอย่างและทำมันในเชิงพาณิชย์ คุณต้องรู้วิธีควบคุมมัน" ศาสตราจารย์ฟิสิกส์บราวน์ เวสนา มิโทรวี กล่าว ซึ่งเป็นหัวหน้ากลุ่ม NMR สสารควบแน่นของมหาวิทยาลัย และเป็นผู้เขียนร่วมใน การศึกษาใหม่ "เราจะอธิบายมันอย่างไร เราจะปรับแต่งมันอย่างไรเพื่อให้ได้สิ่งที่เราต้องการ? ขั้นตอนแรกคือคุณต้องรู้ว่าสถานะต่างๆ เป็นอย่างไร ในระดับจุลภาค คุณต้องเริ่มสร้างภาพที่สมบูรณ์ของมัน " การศึกษาใหม่มุ่งเน้นไปที่ตัวนำยิ่งยวด RbV3Sb5 ซึ่งทำจากโลหะรูบิเดียม วานาเดียมและพลวง วัสดุนี้มีชื่อเหมือนกันเนื่องจากโครงสร้างอะตอมที่แปลกประหลาดซึ่งคล้ายกับรูปแบบสานตะกร้าที่มีรูปสามเหลี่ยมรูปดาวที่เชื่อมต่อถึงกัน วัสดุของคาโกเมะสร้างความประทับใจให้กับนักวิจัยเนื่องจากข้อมูลเชิงลึกที่พวกเขามอบให้กับปรากฏการณ์ควอนตัม ซึ่งเป็นการเชื่อมสาขาพื้นฐานทางฟิสิกส์สองสาขาเข้าด้วยกัน นั่นคือ ฟิสิกส์ควอนตัมเชิงทอพอโลยีและฟิสิกส์ของสสารควบแน่น งานก่อนหน้านี้จากกลุ่มต่าง ๆ ระบุว่าวัสดุนี้ผ่านขั้นตอนของการเปลี่ยนเฟสที่แตกต่างกันเมื่ออุณหภูมิลดลง ก่อตัวเป็นสถานะต่าง ๆ ของสสารที่มีคุณสมบัติแปลกใหม่ที่แตกต่างกัน เมื่อวัสดุนี้ถูกนำไปที่อุณหภูมิ 103 องศาเคลวิน โครงสร้างของแลตทิซจะเปลี่ยนไปและวัสดุจะแสดงสิ่งที่เรียกว่าคลื่นความหนาแน่นของประจุ ครอบครัว ซึ่งความหนาแน่นของประจุไฟฟ้าจะกระโดดขึ้นและลง การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการกระโดดเหล่านี้มีความสำคัญต่อการพัฒนาทฤษฎีที่อธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในวัสดุควอนตัม เช่น ตัวนำยิ่งยวด สิ่งที่ไม่เคยเห็นมาก่อนในโลหะ Kagome ประเภทนี้คือโครงสร้างทางกายภาพของโครงตาข่ายและลำดับการประจุนี้ดูเหมือนกับอุณหภูมิที่นักวิจัยกำลังดู ซึ่งเป็นสถานะอุณหภูมิสูงสุดที่โลหะเริ่มเปลี่ยนผ่านระหว่างสถานะต่างๆ ของสสาร . การใช้กลยุทธ์ใหม่ที่รวมการวัด NMR และทฤษฎีแบบจำลองที่เรียกว่าทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นที่ใช้ในการจำลองโครงสร้างทางไฟฟ้าและตำแหน่งของอะตอม ทีมงานสามารถอธิบายโครงสร้างใหม่ที่มีการเปลี่ยนแปลงโครงตาข่ายและคลื่นความหนาแน่นของประจุไฟฟ้าได้ พวกเขาแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างย้ายจากรูปแบบ 2x2x1 ที่มีรูปแบบ Star of David อันเป็นเอกลักษณ์เป็นรูปแบบ 2x2x2 สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากโครงตาข่ายคาโกเมะกลับด้านเมื่ออุณหภูมิเย็นจัด ตาข่ายใหม่ที่มันเปลี่ยนผ่านนั้นประกอบด้วยรูปหกเหลี่ยมและสามเหลี่ยมที่แยกจากกันเป็นส่วนใหญ่ พวกเขายังแสดงให้เห็นว่ารูปแบบนี้เชื่อมโยงกันอย่างไรเมื่อพวกเขานำระนาบหนึ่งของโครงสร้าง RbV3Sb5 และหมุนมัน ``จ้องมอง' จากมุมที่ต่างกัน "มันเหมือนกับว่าตอนนี้คาโงเมะคนนี้กลายเป็นสิ่งซับซ้อนที่แยกออกเป็นสองส่วน" มิโทรวี่? พูดว่า. "มันยืดตาข่ายเพื่อให้คาโกเมะกลายเป็นการรวมกันของหกเหลี่ยมและสามเหลี่ยมในระนาบเดียวและจากนั้นในระนาบถัดไป หลังจากที่คุณหมุนครึ่งวงกลม มันจะวนซ้ำ" นักวิจัยกล่าวว่าการตรวจสอบโครงสร้างอะตอมนี้เป็นขั้นตอนที่จำเป็นในการสร้างภาพที่สมบูรณ์ของสถานะที่แปลกใหม่ของสสารที่เปลี่ยนผ่านของวัสดุตัวนำยิ่งยวดนี้ พวกเขาเชื่อว่าการค้นพบนี้จะนำไปสู่การพิสูจน์เพิ่มเติมว่ารูปแบบนี้และคุณสมบัติของมันสามารถช่วยตัวนำยิ่งยวดได้หรือไม่ หรือเป็นสิ่งที่ควรระงับเพื่อสร้างตัวนำยิ่งยวดที่ดีขึ้น เทคนิคเฉพาะใหม่ที่พวกเขาใช้จะช่วยให้นักวิจัยสามารถตอบคำถามชุดใหม่ทั้งหมดได้ "เรารู้ว่าตอนนี้มันคืออะไร และงานต่อไปของเราคือการหาว่าความสัมพันธ์ระหว่างระยะที่แปลกประหลาดอื่นๆ ที่อุณหภูมิต่ำคืออะไร มันช่วยได้ไหม มันแข่งขันกันไหม เราควบคุมมันได้ไหม เราทำให้มันเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่านี้ได้ไหม ว่ามันมีประโยชน์ไหม” มิโทรวี่? พูดว่า. "ต่อไป เราจะลดอุณหภูมิลงเรื่อยๆ และเรียนรู้เพิ่มเติม" การวิจัยเชิงทดลองนำโดย Jonathan Frassineti นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาร่วมระหว่าง Brown และ University of Bologna, Pietro Bonfà จาก University of Parma และนักศึกษา Brown สองคน ได้แก่ Erick Garcia และ Rong Cong งานทางทฤษฎีนำโดยBonfàในขณะที่วัสดุทั้งหมดถูกสังเคราะห์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาบาร์บารา งานวิจัยนี้รวมทุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ