想象辐射轰击如何提高超导性

   日期:2019-01-12     浏览:13    评论:0    
核心提示:有时,一点损伤能带来很多好处——至少在铁基高温超导体的情况下是这样。用高能重离子轰击这些材料会产生纳米级损伤轨迹,可以增

有时,一点损伤能带来很多好处——至少在铁基高温超导体的情况下是这样。用高能重离子轰击这些材料会产生纳米级损伤轨迹,可以增强材料在不损失能量的情况下携带大电流的能力,同时又不会降低临界工作温度。这种高电流、高温超导体有一天可能会在零能量损耗的输电线路或发电涡轮机中得到应用。但在此之前,科学家们想要从数量上和细节上了解这种损伤是如何起作用的,并利用这些知识策略性地设计出具有最佳特性的超导体。

在2015年5月22日发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的一篇论文中,美国能源部(DOE)布鲁克海文实验室(Brookhaven)和阿贡国家实验室(Argonne national laboratory)的研究人员描述了一种被重离子辐射轰击后的铁基超导体坑坑洼洼景观的原子级“立交桥”。表面扫描图像显示了某些类型的损伤是如何将潜在的破坏性磁涡流固定在适当的位置,防止它们干扰超导性的。
该项目是美国能源部新兴超导研究中心(Center for Emergent super)的产品,该研究中心位于布鲁克海文(Brookhaven),是能源部与阿尔贡大学(Argonne)和伊利诺伊大学(University of Illinois)合作建立的能源前沿研究中心,旨在促进合作,最大限度地发挥这项研究的影响力。
“这项研究为设计和理解高电流、高性能超导体开辟了一条新的道路,”该研究的合著者、布鲁克黑文实验室(Brookhaven Lab)和康奈尔大学(Cornell University)的物理学家j·c·谢默斯·戴维斯(J.C. Seamus Davis)说。“我们演示了一个过程,你可以用重离子照射一个样品,想象离子在原子尺度上对晶体的影响,同时观察在相同的视野下超导性会发生什么变化。”
阿贡物理学家郭伟光领导了重离子轰击的研究。“像金这样的重离子可以在晶体中造成几乎连续或不连续的柱状损伤轨迹。当高能离子穿过材料时,它们在原子尺度上熔化晶体,并破坏直径超过几纳米的晶体结构。了解这些原子级缺陷如何影响局部电子特性和大块材料的宏观载流能力的细节非常重要,”他说。
科学家们特别感兴趣的是,当把铁基超导体置于强磁场中时,纳米级缺陷如何与微观磁涡旋相互作用。
“这些量子涡旋就像河流中的涡流,在水流方向上移动或反向移动,”戴维斯说。“它们是超导的敌人。你无法阻止它们的形成,但早在20世纪70年代,科学家就发现,有时你可以通过向物质中喷射一些高能离子,形成原子级别的损伤轨迹,从而阻止它们四处移动,从而困住涡流。


但是,从字面上讲,随机轰炸是偶然的。开发能源应用材料的科学家希望采取更具战略性的方法,为如何设计这些材料开发一种定量和预测性的理论。
郭炳良说:“如果一家公司找到我们,说我们正在开发这些超导体,我们希望它们在这种磁场中具有特定温度下的电流,我们希望能够准确地告诉它们应该引入哪种缺陷。”为了做到这一点,他们需要一种方法来描绘缺陷,绘制超导性,绘制涡流的位置,以及一个定量的理论模型,该模型描述了这些变量之间的关系以及材料的体积超导性。
Davis开发的精密光谱成像扫描隧道显微镜(SI-STM)是第一个可以在同一材料上描绘出这三个特征的工具。在戴维斯的指导下,布鲁克海文实验室p

 
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