Fyysikot tunnistivat puhtaan metallin resistiivisyyden ylärajan

Toronton yliopiston, Pariisin L'École Normale Supérieuren ja Pennsylvania Lehigh yliopiston ryhmä tutki lähelle absoluuttista nollapistettä jäähdytettyjä ultrakylmiä kaliumatomeja. He havaitsivat, että kun atomien törmäysnopeus kasvaa, syntyvä resistanssi lopulta lakkaa kasvamasta, mikä tarjoaa uusia näkemyksiä siitä, mikä aiheuttaa resistiivisyyttä mikroskooppisella tasolla.

”Elektronien törmäysten tiedetään lisäävän joidenkin puhtaiden materiaalien resistiivisyyttä”, selittää Toronton yliopiston professori Joseph Thywissen, julkaistun tutkimuksen vanhempi kirjoittaja . ”Sähkövastuksen tuottama energia näkyy lämpönä. Esimerkiksi siirtolinjat menettävät jopa 8 % tuotetusta sähkötehosta. Resistiivisyys on myös mielenkiintoista tutkia, koska se voi olla merkki uudentyyppisestä materiaalifysiikasta.”

Tutkijat käyttivät optista hilaa, valoverkkoa, joka vangitsee atomit ja antaa niiden käyttäytyä kuten elektronit kiinteässä aineessa, simuloidakseen äärimmäisiä olosuhteita, joihin kiinteät aineet eivät pääse. Tarkkaan kontrolloitu ympäristö mahdollisti tutkijoiden eristää törmäysten roolin.

"Havaitsimme, että vain muutaman nanometrin kokoiset atomit törmäävät toisiinsa aivan kuin ne olisivat paljon suurempia", Thywissen sanoo. "Tämä atomin efektiivisen koon kvanttimainen kasvu tekee törmäyksistä tietyllä hilakohdalla paljon todennäköisempiä, mikä lisää järjestelmän resistiivisyyttä."

Tutkimusryhmä havaitsi, että kun atomien väliset vuorovaikutukset voimistuivat, törmäysten aiheuttama resistiivisyys lopulta lakkasi kasvamasta ja kyllästyi. Tämä viittaa siihen, että elektronien välisestä sironnasta johtuva resistiivisyyden kasvu metallissa olisi myös rajallista samoista syistä.

"Tuloksemme tarjoavat selkeän mikroskooppisen ymmärryksen siitä, miten resistiivisyys toimii matalatiheyksisissä metalleissa, ja avaavat oven uusille tutkimuksille vahvasti korreloivista atomijärjestelmistä ja kvanttimateriaaleista", Thywissen sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Miten aurinkoa kuumemmat materiaalit johtavat sähköä

Resistanssin kalibrointi mikrosirun memristorilla

Elektronit kulkevatkin nopeammin