Ученые знают, что это верно следующий за наблюдением за замечательным явлением, существование которого было предсказано три десятилетия назад, но это уклонилось от экспериментального обнаружения до сих пор. Наблюдение подтверждает, что фундаментальные квантовые состояния, сверхпроводимость и суперизоляция, оба возникают по подобным зеркалу изображениям друг друга, который мог привести к разработке сверхчувствительных и энергосберегающих датчиков, датчиков и логических выключателей для науки и коммуникации, хранения памяти и других технологий на стадии становления.
«Поведение, которое мы продемонстрировали, является точно поведением, которое предсказывалось и ожидалось», сказал Вэлерий Винокур, Аргонн Выдающийся Товарищ в подразделении Материаловедения Национальной лаборатории Аргонна американского Министерства энергетики (DOE).Vinokur и его коллеги наблюдали явление, названное обвинением переход Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT), в тщательно тонкой пленке нитрита титана ниобия сверхпроводимости.
Переход BKT обвинения – подобная зеркалу копия переходу BKT вихря, который ученые много раз наблюдали в материалах сверхпроводимости. Vinokur и его сотрудники в Калифорнийском технологическом институте и Новосибирском Университете в России издали их результаты онлайн 6 марта 2018 в Научных Отчетах.«Эксперименты, выполненные нашей командой окончательно, устанавливают существование состояния суперизолирования и законность его основополагающих понятий, включая фундаментальное понятие дуальности вихря обвинения», сказал Винокур, который также является Старшим научным сотрудником в Институте Вычисления Чикагского университета. «Фундаментальные понятия позади нашего знания о вселенной на ее самом глубоком уровне основаны на понятии дуальности».
Понятие дуальности в физике считает, что фундаментальные наборы явлений по-видимому исключают друг друга, но представляют две стороны монеты. Самый известный пример дуальности – дуальность частицы волны света, появляющегося в квантовой сфере. Суперизолирование и материалы сверхпроводимости, которые являются полными противоположностями, понимает дуальность между электрическими и магнитными эффектами.
Вместо того, чтобы передать электрический ток без любой потери власти, как сверхпроводники делают, суперизоляторы полностью отключают поток обвинений под приложенным напряжением. Это означает, что у отражающих сверхпроводников есть бесконечная проводимость, в то время как у суперизоляторов есть бесконечное сопротивление.
Последнее открытие основывается на работе, изданной в 2008 Vinokur и его партнерами, которые экспериментально установили существование состояния суперизолирования, также предлагая, чтобы это «отразило» поведение, которое происходит в сверхпроводящем состоянии, получая его из самого фундаментального квантового понятия, принципа неуверенности. Теоретические физики в CERN (европейская лаборатория физики элементарных частиц), Женевский университет и Университет Перуджи – Кристина Дьямантини, Карло Трудженберджер и Паскуале Содано – предсказали существование этого состояния суперизолирования, двойного к сверхпроводимости, в 1996. Но столь неожиданный было открытие состояния суперизолирования, что команда Винокура первоначально не знала о предсказании.
Переход BKT, который находится в фонде дуальности изолятора сверхпроводника, назван по имени покойного Вадима Березинскии, Михаэля Костерлица и Дэвида Тулесса. Костерлиц и Тулесс сотрудничали в начале 1970-х, чтобы разработать их теорию топологических переходов фазы, которые довольно непохожи на переходы фазы, которые были обычно известны в повседневной практике физики в то время.Эти обычные переходы фазы проявляют как резкое изменение в состоянии вещества, таком как лед, тающий, чтобы полить, или полить кипение к пару при некоторой критической температуре. Топологические переходы фазы скорее похожи на развязывание узлов в галстуке, как бы то ни было. «У Вас есть ясное изменение в свойствах системы, не внося видимых существенных изменений в свойствах связи», сказал Винокур.
Berezinskii независимо развивал подобные идеи, в конечном счете приводя к многочисленным наблюдениям за переходами BKT вихря в тысячах экспериментов сверхпроводимости за десятилетия. Однако до сих пор ученые окончательно никогда не наблюдали подобное зеркалу отражение перехода BKT вихря – перехода BKT обвинения – на стороне суперизолирования перехода изолятора сверхпроводника.
Kosterlitz, Тулесс и Дункан Холдейн разделили Нобелевскую премию по физике 2016 года для «теоретических открытий топологических переходов фазы, и топологические состояния вещества», разработав продвинутые математические методы должны были объяснить переходы фазы, которые происходят в необычных состояниях вещества, включая материалы сверхпроводимости и тонкие магнитные фильмы.Один будущий путь исследования для Vinokur и его коллег должен будет повысить температуру, при которой их нитрит титана ниобия составляют переходы в состояние суперизолирования. Температура перехода теперь между 100 и 200 millikelvin, который является просто частью степени выше абсолютного нуля (минус 459,6 градусов по Фаренгейту).
Но повышение температуры перехода к 4 kelvin (минус 452,4 градуса по Фаренгейту) составило бы технологический прорыв.«Это означает, что мы могли использовать эти материалы в космосе, потому что 4 kelvin – температура пространства», сказал Винокур.
Возможные применения космической техники для таких суперизоляционных материалов включают сверхчувствительные датчики для измерения электромагнитной радиации и других явлений и выключателей для электронных устройств, таких как энергосберегающие диоды.Это исследование было поддержано, частично, Офисом САМКИ Науки.