|
Οι επιστήμονες που προσπαθούν να εξηγήσουν την
υπεραγωγιμότητα στις υψηλές θερμοκρασίες έχουν παραβιάσει την απαγορευτική
αρχή του Pauli, ισχυρίζεται μια ερευνητική ομάδα από τα πανεπιστήμια του
Illinois στην Urbana-Champaign και του Rutgers. Κάθε θεωρία που δεν
ενσωματώνει την αρχή του Pauli, θα πρέπει να εξηγήσει ένα σωρό πράγματα
από την αρχή, λένε οι ίδιοι.
Η βασική αρχή πίσω από τη δομή του περιοδικού πίνακα είναι η
αρχή του Pauli, η οποία λέει ότι ηλεκτρόνια με το ίδιο σπιν δεν μπορούν να
καταλαμβάνουν την ίδια ενεργειακή κατάσταση. Η αρχή του Pauli οδηγεί στη
δομή των ατόμων κατά στιβάδες ηλεκτρονίων και δεν παραβιάζεται από τα
ηλεκτρονιακά συστήματα. Πολλοί ερευνητές όμως, έχουν παραβιάσει αυτόν τον
σημαντικό κανόνα, όταν προτείνουν κάποιες θεωρίες για να εξηγήσουν το
μηχανισμό που βρίσκεται πίσω από την υπεραγωγιμότητα των υψηλών
θερμοκρασιών.
“Για μια κατηγορία υλικών που είναι γνωστά σαν μονωτές του Mott με
πρόσμιξη, όπως είναι για παράδειγμα οι υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας
οξειδίων του χαλκού, η αρχή του Pauli εμφανίζεται σαν ένας νόμος που
συνδέει τις κλίμακες υψηλών και χαμηλών ενεργειών,” λέει ο Philip Phillips,
καθηγητής φυσικής στο πανεπιστήμιο του Illinois στην Urbana-Champaign, ο
οποίος παρουσίασε τα ευρήματα της ομάδας του στο συνέδριο της Αμερικανικής
Εταιρίας Φυσικής που έγινε τον περασμένο Μάρτιο στο Los Angeles. Η εργασία
αυτή εμφανίστηκε επίσης και στο περιοδικό Physical Review Letters του
Δεκεμβρίου 2004.
“Είναι συνήθης πρακτική στη φυσική να διαχωρίζουμε τις κλιμακες υψηλών
ενεργειών από τις κλίμακες χαμηλών ενεργειών, με μια διαδικασία που
λέγεται επανακανονικοποίηση" λέει ο Phillips. “Εμείς δείξαμε ότι η
διαδικασία αυτή μεταβάλλει τις στατικές διεγερμένες καταστάσεις εντός των
μονωτών Mott με προσμίξεις, πράγμα που καταλήγει τελικά σε παραβίαση της
αρχής του Pauli. Επειδή μια τέτοια παραβίαση δεν είναι δυνατή,
συμπεραίνουμε ότι οι κλίμακες υψηλών και χαμηλών ενεργειών είναι
αναπόσπαστα συνδεδεμένες εντός των μονωτών Mott με προσμίξεις.
Σε αντίθεση με τους υπεραγωγούς χαμηλών θερμοκρασιών, οι οποίοι είναι
μέταλλα, οι υπεραγωγοί υψηλών θερμοκρασιών είναι μονωτές στη συνηθισμένη
τους κατάσταση. Ενώ, ακόμη πιο αινιγματικό είναι το γεγονός ότι οι μισές
ηλεκτρονιακές καταστάσεις είναι κενές.
“Επειδή υπάρχουν πάρα πολλές δυνατές καταστάσεις για να καταληφθούν από τα
ηλεκτρόνια, θα έκανε τα υλικά αυτά να μοιάζουν με μέταλλα," είπε ο
Phillips. “Ακόμη και αν υπάρχουν πολλές διαθέσιμες καταστάσεις που δεν
έχουν καταληφθεί, η ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ των ηλεκτρονίων, κάνει τα
υλικά αυτά να είναι μονωτές.”
Η ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ των ηλεκτρονίων είναι το κλειδί για την
κατανόηση των μονωτών Mott, λέει ο Phillips. “Οι αλληλεπιδράσεις αυτές
προκαλούν μια ανάμιξη των υψηλών και χαμηλών ενεργειών. Επειδή τα
ηλεκτρόνια σε όλες τις ενεργειακές στάθμες, αλληλοσυνδέονται, αν κάνουμε
επανακανονικοποίηση, θα χάσουμε κάτι. Στην περίπτωσή μας θα χάσουμε την
ισχύ της απαγορευτικής αρχής του Pauli."
Ο Phillips και οι συνεργάτες του – ο μεταπτυχιακός σπουδαστής Δημήτριος
Γαλανάκης και ο πρώην μεταπτυχιακός σπουδαστής Tudor D. Stanescu,
ισχυρίζονται επίσης ότι η ανάμιξη των υψηλών και των χαμηλών ενεργειακών
κλιμάκων θα μπορούσε να εξηγήσει την απουσία διακριτών ηλεκτρονιακών
χαρακτηριστικών στη συνήθη κατάσταση των υπεραγωγών που αποτελούνται από
οξείδιο του χαλκού. (
Τα πειράματα έχουν δείξει ότι η μετακίνηση ενός ηλεκτρονίου από ένα
μέταλλο έχει ως αποτέλεσμα μια πολύ στενή κορυφή στο φάσμα της εκπομπής
φωτονίων. Απομακρύνοντας ένα ηλεκτρόνιο από τη συνήθη κατάσταση ενός
υπεραγωγού υψηλής θερμοκρασίας έχουμε ως αποτέλεσμα μια πολύ πλατειά
κορυφή στο φάσμα.
“Αν απομακρύνετε την κλίμακα υψηλής ενέργειας μέσω της διαδιακασίας
επανακανονικοποίησης, τα φασματικά χαρακτηριστικά έχουν οξείες κορυφές"
λέει ο Phillips. “Αλλά αν την αφήσετε στη θέση της τα χαρακτηριστικά του
φάσματος φαρδαίνουν σημαντικά. Αν αλλάζει η φυσική όταν απομακρύνουμε την
κλίμακα υψηλής ενέργειας, τότε η επανακανονικοποίηση δεν είναι μια ορθή
διαδικασία. Η αρχή του Pauli δεν πρέπει να παραβιάζεται.”
|
