超導性在所謂的“傳統”超導體中是眾所周知的。 然而，非常規超導體最近出現了，但尚不清楚它們是如何工作的。
HZDR的乙個團隊與來自CEA，日本東北大學和馬克斯蒲朗克固體化學物理研究所的同事一起，現在解釋了為什麼一種新材料即使在極高的磁場中也能繼續超導 - 這是超強磁場所缺少的特性。 常規超導體。 這一發現有可能使以前無法想象的技術應用成為可能。 該研究發表在《自然通訊》上。
二碲化鈾，簡稱UTE 2，是超導材料的領導者，“HZDR德勒斯登高磁實驗室（HLD）的Toni Helm博士說。 “正如2019年發現的那樣，這種化合物可以在沒有損耗的情況下導電，但與傳統超導體的方式不同。 ”
從那時起，世界各地的研究小組都對這種材料產生了興趣。 其中包括 Helm 的團隊，他們離了解這種化合物又近了一步。
為了充分理解圍繞這種材料的炒作，我們需要仔細研究超導性，“這位物理學家解釋說。 “這種現象是由材料中電子的運動引起的。 每當它們與原子碰撞時，它們就會以熱量的形式失去能量。 這表現為抵抗。 電子可以通過以對的形式排列自己來避免這種情況，即所謂的庫珀對”。
庫珀對描述了兩個電子在低溫下結合，在沒有摩擦的情況下穿過固體。 它們利用周圍原子的振動作為一種波浪，可以在不損失能量的情況下衝浪。 這些原子振動解釋了傳統的超導性。
然而，多年來，人們也知道超導體中的庫珀對是由尚未完全理解的效應形成的，“這位物理學家說。 非常規超導性的一種可能形式是自旋三重態超導，它被認為利用了磁波動。
還有一些金屬的傳導電子聚集在一起，“赫爾姆解釋道。 “它們一起遮蔽了材料的磁性，這種磁性由單個粒子（對於電子）的極高質量表示。 ”
這種超導材料被稱為重費公尺子超導體。 因此，正如目前的實驗所表明的那樣，ute 2可能既是自旋三重態，又是重費公尺子超導體。 除此之外，它還是重量級的世界冠軍——迄今為止，沒有其他已知的重費公尺子超導材料能夠在類似或更高的磁場下實現它。 這項研究也證實了這一點。
超導性取決於兩個因素：臨界轉變溫度和臨界磁場。 如果溫度低於臨界轉變溫度，電阻降至零，材料變為超導。 外部磁場也會影響超導性。 如果這些超過閾值，則效果會崩潰。
物理學家對此有經驗法則，“赫爾姆說。 “在許多常規超導體中，開爾文的轉變溫度值大約是特斯拉臨界磁場強度值的一到兩倍。 在自旋三重態超導體中，這個比率通常要高得多。 ”
通過對重量級 ute 2 的研究，研究人員現在能夠將標準提高到更高的水平：在 16 開爾文 （ 271.）55°C），臨界磁場強度達到 73 特斯拉，該比率設定為 45——創下紀錄。
到目前為止，重費公尺子超導體還沒有引起對技術應用的興趣，“這位物理學家解釋說。 “它們的轉變溫度非常低，冷卻它們所需的努力相對較高。 ”
然而，它們對外部磁場的不敏感可以彌補這一缺點。 這是因為無損電流傳輸目前主要用於超導磁體，例如磁共振成像（MRI）掃瞄器。 然而，磁場也會影響超導體本身。
一種能夠承受非常高的磁場並且仍然能夠導電而不會損耗的材料將代表著向前邁出的一大步。
當然，UTE 2不能用於製造超導電磁鐵的引線，“Helm說。 “首先，這種材料的特性使其不適合這項工作，其次，它具有放射性。 但它非常適合探索自旋三重態超導背後的物理學。 ”
基於他們的實驗，研究人員開發了一種可以解釋超導性的模型，對磁場具有極高的穩定性。 為此，他們觀察了幾微公尺厚的樣本——這是人類頭髮厚度（約70微公尺）的一小部分。 因此，樣品發出的放射性輻射仍然遠低於自然背景。
為了獲得和塑造如此微小的樣品，Helm 使用直徑只有幾奈米的高精度離子束作為切割工具。 UTE 2 是一種空氣敏感材料。 因此，Helm 在真空中製備樣品，然後用環氧樹脂粘合劑密封。
為了最終證明我們的材料是自旋三重態超導體，我們必須在暴露於強磁場時對其進行光譜分析。 然而，目前的光譜方法在40特斯拉以上的磁場中仍然難以掙扎。 與其他團隊一起，我們“也致力於新技術的開發。 最終，這將使我們能夠提供明確的證據，“赫爾姆說。
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