В течение многих лет некоторые физики надеялись взломать тайну высокотемпературной сверхпроводимости — способность некоторых сложных материалов нести электричество без сопротивления при температурах высоко над абсолютным нулем — путем моделирования кристаллов с образцами лазерных легких и отдельных атомов. Теперь, бригада взяла — почти — предпоследний шаг в такой «оптической решетке» моделирование путем репродуцирования образца магнетизма, замеченного в высокотемпературных сверхпроводниках, из которых появляется поток без сопротивления электричества.«Это – очень большое улучшение по предыдущим результатам», говорит Тилмен Эсслинджер, экспериментатор в швейцарском федеральном Технологическом институте в Цюрихе, не вовлеченный в работу. «Очень захватывающе видеть устойчивый прогресс».
Оптическое моделирование решетки является по существу кристаллом, сделанным из света. Реальный кристалл содержит повторяющийся 3D образец ионов, и электроны вытекают из иона к иону. В моделировании пятна лазерного света заменяют ионы, и ультрахолодные атомы, перемещающиеся среди пятен, заменяют электроны. Физики могут приспособить образец пятен, как сильно пятна привлекают атомы, и как сильно атомы отражают друг друга.
Это делает идеал экспериментов для исследования физики, такой как высокотемпературная сверхпроводимость, в которой материалы, такие как ртутный бариевый кальциевый оксид меди несут электричество без сопротивления при температурах до 138 K, намного выше выше абсолютного нуля, чем обычные сверхпроводники, такие как ниобий могут.Как медь-и-кислород или cuprate, работа сверхпроводников остается неясной. Материалы содержат самолеты медных и кислородных ионов с медяками, устроенными в квадратном образце.
Отражая друг друга, электроны застревают в одном к медной пробке, названной государством изолятора Mott. Они также прядут как вершины, и при низких температурах, граничащих с вращением электронов в противоположных направлениях, создавая вниз вниз образец магнетизма, названного антиферромагнетизмом. Сверхпроводимость начинается, когда загрязнения впитывают несколько электронов и уменьшают количество пробок. Остающиеся электроны тогда пара для скольжения свободно вдоль самолетов.
Теоретики еще не согласовывают, как то соединение происходит. Некоторые думают, что подобная волне рябь в антиферромагнитном образце действует как клей для привлечения одного электрона к другому. Другие утверждают, что соединение возникает, как это ни парадоксально, от отвращения среди одних только электронов. Теоретики могут записать математическую модель электронов в самолете шахматной доски, известном как модель Хаббарда Ферми, но настолько трудно «решить», что никто не был в состоянии показать, производит ли это сверхпроводимость.
Экспериментаторы надеются воспроизвести модель Хаббарда Ферми в лазерных легких и холодных атомах, чтобы видеть, приводит ли она к сверхпроводимости. В 2002 Иммануэль Блох, физик в Макс. Планке Институте Квантовой Оптики (MPQ) в Гархинге, Германия и коллегах понял государство изолятора Mott в оптической решетке. Шесть лет спустя Esslinger и коллеги достигли штата Мотт с атомами с правильной суммой вращения для имитации электронам.
Теперь, Рэндалл Хулет, физик в Университете Райса в Хьюстоне, Техас и коллегах почти достиг предпоследнего шага по пути: антиферромагнетизм.Хулет и коллеги заманили в ловушку между 100 000 и 250 000 лития 6 атомов в лазерном свете. Они тогда увеличили оптическую решетку и сползали, она отступает для приведения в порядок их. Яркий лазерный свет определенной длины волны на атомах, они заметили, что доказательства появления вниз вниз прядут образец.
Лазерный свет был перенаправлен или дифрагирован под определенным углом рядами атомов — так же, как рентгеновские лучи дифрагировали от ионов в реальном кристалле. Кардинально, свет исследовал вращение атомов: световая волна щелкнула, если она подпрыгнула от атома, прядущего один путь, но не другой. Без этого щелкание не произошла бы дифракция, таким образом, наблюдение подтверждает появление вниз вниз образец, говорит Хулет.Бригада Хулета решила проблему, изведшую другие усилия.
Обычно, поворачивая оптическую решетку на тепле атомы. Избегать, чтобы, исследователи добавили другой лазер, немного отразивший атомы, так, чтобы самые энергичные едва-едва проводились западней.
Затем как нагретые атомы, самые энергичные «испарились» как пар от горячего супа для хранения других холодными, исследователи сообщают онлайн на этой неделе по своей природе. Они не вполне достигали полного стабильного антиферромагнитного образца: температура составляла 40% слишком высоко. Но метод мог бы добраться там и далее, говорит Хулет. «У нас нет хорошего чувства того, каков предел этого метода», говорит он. «Мы могли получить фактор два ниже, мы могли получить фактор 10 ниже».
«Это действительно очень перспективно», говорит Лун Олова «Джейсон» Хо, теоретик в Университете штата Огайо, Колумбус. Сокращения температуры фактором два или три могло бы быть достаточно для достижения сверхпроводящего состояния, говорит он.
Однако Блох MPQ предостерегает, что это может взять все еще другие методы для получения того холода. «Существует несколько охлаждающихся методов, которые люди развивают и интересные эксперименты подъем», говорит он.Физики также исследуют другие системы и проблемы с оптическими решетками.
Подход все еще набирает обороты, Хулет говорит: «Это – захватывающее время».