Глава 443. Надежда на миниатюризацию термоядерного реактора •
Получив данные эксперимента по воспроизведению материала kl-66 и данные испытаний на сверхпроводимость, Сюй Чуань не сразу опубликовал их.
Отсутствие эффекта Мейснера было подтверждено во всех трех контрольных экспериментах по воспроизведению, если только последующие эксперименты по воспроизведению, проведенные другими лабораториями и исследовательскими институтами, не покажут совершенно другие результаты, в противном случае этого уже достаточно, чтобы предварительно подтвердить, что материал kl-66 не является сверхпроводником при комнатной температуре.
Однако Сюй Чуань считал, что если уж делать, то делать идеально, чтобы убедить всех и не оставить места для критики.
Подтвердив отсутствие эффекта Мейснера, осталось выяснить, почему этот материал проявляет антимагнитные свойства.
Ведь и видео, опубликованное южнокорейской стороной, демонстрировало сильные антимагнитные свойства, и второй образец материала kl-66 в его эксперименте по воспроизведению также демонстрировал сильные антимагнитные свойства, позволяющие ему левитировать.
Объяснение этого принципа было бы достаточным, чтобы окончательно опровергнуть сверхпроводимость этого нового материала при комнатной температуре.
Конечно, он исследовал этот механизм не только для того, чтобы сделать все идеально. Его также заинтересовал сам механизм.
Надо сказать, что сильный антимагнитный механизм, проявленный в материале kl-66, разработанном Южной Кореей, действительно вызывает вопросы.
Судя по данным испытаний антимагнитных свойств материала kl-66 номер два, его способность левитировать обусловлена наличием мягкого ферромагнитного компонента в некоторых воспроизведенных образцах поликристаллической керамики.
Это и есть ключ к его способности левитировать под действием внешнего магнитного поля.
Однако Сюй Чуаня удивило то, что при приложении внешнего магнитного поля в 5 Тл этот мягкий ферромагнитный компонент не насыщался.
Это означает, что этот материал обладает огромным потенциалом в плане антимагнетизма.
Поэтому, даже несмотря на то, что во всех трех экспериментах по воспроизведению не наблюдался эффект Мейснера, он все еще сохранял интерес к исследованию этого материала.
Ведь сильные антимагнитные материалы имеют немало областей применения, например, магнитная левитация, медицина, электродвигатели и т.д. Если удастся найти новый сильный антимагнитный материал, возможно, он сможет заменить дорогие сверхпроводящие материалы, которые требуются в некоторых областях.
Конечно, для него больший интерес представляет принцип, лежащий в основе этого механизма.
Если удастся найти механизм, лежащий в основе этого антимагнетизма, и применить его к области настоящих сверхпроводящих материалов, возможно, он сможет еще больше увеличить критическое магнитное поле сверхпроводящих материалов и, следовательно, еще больше уменьшить размер реактора управляемого термоядерного синтеза.
Это и есть главная причина, по которой он действительно заинтересовался этим материалом.
Этот материал, возможно, позволит ему найти путь к миниатюризации термоядерного реактора.
В лаборатории Сюй Чуань нашел исследователя, который помогал ему в работе, проводя целенаправленные испытания антимагнитных свойств и анализ структуры материала kl-66 номер два.
В то же время началась вторая волна экспериментов по воспроизведению материала kl-66.
Но в отличие от первого раза, на этот раз воспроизведение проводилось не для проверки сверхпроводимости материала kl-66, а для изучения его антимагнитного эффекта.
Сюй Чуаню нужно было выяснить, что произошло в процессе синтеза, что привело к значительному увеличению эффекта мягкого магнетизма поликристаллических керамических образцов в материале kl-66 номер два, а также как сформировались соответствующие кристаллическая структура, замещение атомов и т.д.
Также нужно было выяснить, почему при тех же этапах синтеза материалы kl-66 номер один и номер три не проявили такого сильного антимагнитного эффекта.
Только зная все это и подтвердив механизм, можно будет приступить к следующему этапу работы.
"Босс, подробный отчет об измерении намагниченности готов."
В офисе Чай Су поспешно принес отчет об испытаниях.
"Дайте посмотреть."
Сюй Чуань быстро взял отчет об испытаниях из рук собеседника и внимательно изучил его.
В физике магнетизм материалов обычно делится на несколько видов: парамагнетизм, диамагнетизм, ферромагнетизм и т.д.
Например, ферромагнитные материалы - это материалы, которые при помещении в магнитное поле или при понижении температуры ниже определенного значения намагничиваются, создавая сильное магнитное поле, и имеют четкие магнитные полюса, например, некоторые материалы, содержащие железо, кобальт, никель и другие элементы, намагниченный материал может сохранять ферромагнетизм.
Парамагнитные материалы - это материалы, которые при помещении в магнитное поле намагничиваются, создавая небольшое магнитное поле, направление которого совпадает с направлением исходного магнитного поля, а величина пропорциональна исходному магнитному полю, но исчезает после снятия внешнего магнитного поля.
Что касается диамагнитных материалов, то при помещении материала в магнитное поле создаваемое внутри материала магнитное поле противоположно направлению исходного магнитного поля, что ослабляет общее магнитное поле.
Как правило, ферромагнитные материалы притягиваются к исходному магнитному полю при помещении в магнитное поле, а диамагнитные материалы отталкиваются от исходного магнитного поля.
Если говорить простым языком, то диамагнетизм - это как два магнита с одинаковыми полюсами, помещенные вместе, а затем вы с силой сжимаете их руками.
Чем больше сила, необходимая для того, чтобы они прилипли друг к другу, тем выше диамагнетизм.
Хотя это не совсем точное определение, оно относительно легко для понимания и наглядно.
А судя по отчету об испытаниях, магнитная восприимчивость материала kl-66 номер два достигла поразительного значения -0,8225.
Это значение очень велико для не сверхпроводящего материала.
Магнитная восприимчивость обычных диамагнитных материалов отрицательна, но очень близка к 0. Например, вода, некоторые органические вещества, небольшое количество металлов - все это обычные диамагнитные материалы. Магнитная восприимчивость сверхпроводников равна -1, что является максимальным значением диамагнетизма. В отличие от обычных диамагнитных материалов, он обладает 100% диамагнетизмом.
Поэтому сверхпроводники очень сильно отталкивают внешнее магнитное поле и могут прочно удерживать магнитные силовые линии, в то время как обычные диамагнитные материалы лишь слегка отталкивают внешнее магнитное поле.
Магнитная проницаемость -0,8225, хотя и находится на некотором расстоянии от магнитной восприимчивости сверхпроводящих материалов -1.
Но не забывайте, что синтезированный ими материал kl-66 на самом деле не очень чистый.
Если продолжать повышать чистоту, то магнитная восприимчивость этого материала может бесконечно приближаться к сверхпроводнику или даже достичь максимума.
"Интересно, когда будет готова структура электронной микроскопии?"
Отложив отчет, Сюй Чуань спросил Чай Су.
"Уже делается, потребуется еще около двадцати минут", - почтительно ответил Чай Су.
Кивнув, Сюй Чуань сказал: "Хорошо, как только закончите, сразу же доложите мне."
Поразительная магнитная восприимчивость действительно вызвала у него немалый интерес, и это означает, что даже если этот материал не является сверхпроводником, он имеет немалый потенциал в некоторых аспектах.
Чай Су кивнул, развернулся и вышел из кабинета, тихо прикрыв за собой дверь.
Сидя за столом, Сюй Чуань задумался.
Судя по предыдущим испытаниям материала kl-66, он определил орбитали значений взаимодействия из ограниченного случайного фазового приближения (cRPA) с помощью двухзонной модели меди eg.
Но не обнаружил принудительного нарушения магнитной или орбитальной симметрии в электронных дырках материала.
И при использовании DFT+U: механизм, действующий в двух изоляторах, легированных Cu, Pb, в стабильном изолирующем состоянии и примесных уровнях в запрещенной зоне, 10(PO4)6O и легированный V SrTiO3, легированный переходными металлами.
Поэтому теоретически, с изолированными примесными (плоскими) зонами, независимо от положения легирования. Даже в оптимальных условиях для сверхпроводимости спиновые и орбитальные флуктуации слишком слабы для сверхпроводимости, близкой к комнатной температуре.
Потому что практически невозможно проявить сверхпроводимость при нормальной температуре.
Но если учесть антимагнетизм, ситуация может быть иной.
Теоретически, при легировании различных типов позиций в одной и той же элементарной ячейке, зазор материала приведет к двум спин-поляризованным примесным зонам.
И из-за относительно нелокализованных неспаренных спинов в валентной зоне возможен слабый ферромагнетизм.
Дальнейшая работа должна учитывать возможность дальнейших изменений в стехиометрии, различных положениях легирования, эффектах сверхъячеек и квантовании магнитного обменного взаимодействия.
В кабинете Сюй Чуань молча проводил вычисления в уме, время от времени беря ручку и делая расчеты на черновике.
Знания в области материаловедения в его голове сливались с информацией из области физики и химии.
Если бы кто-то был свидетелем того момента, когда он доказывал последний шаг уравнения Навье-Стокса в классе, он бы наверняка узнал это состояние.
Но сейчас в кабинете был только Сюй Чуань, и, полностью сосредоточившись на вычислениях, он не осознавал, что сегодня снова вернулся в самое желанное состояние.
Только спустя долгое время, когда Чай Су, принесший данные структуры электронной микроскопии, тихо окликнул его, Сюй Чуань пришел в себя.
Ощущение, будто он побывал в другом мире, заставило его вздохнуть с облегчением, взглянув на время в правом нижнем углу компьютера, он понял, что незаметно прошло почти полчаса.
"Босс, данные структуры электронной микроскопии готовы", - сглотнув слюну, доложил Чай Су, почему, хотя он ничего не делал, ему казалось, что он сделал что-то не так?
Сюй Чуань кивнул и сказал: "Положите сюда."
"Хорошо." Быстро положив отчет об испытаниях, Чай Су тут же убежал. Изначально у него были вопросы, которые он хотел задать, но внезапно передумал.
Сидя за столом, Сюй Чуань закрыл глаза и предался воспоминаниям, через некоторое время он наклонился вперед, взял со стола отчет о сканировании структуры электронной микроскопии и начал его изучать.
"Как и ожидалось. На уровне невзаимодействия kl-66 является полуметаллическим материалом Вейля с обратной асимметрией."
"Узлы Вейля с противоположной киральностью появляются вблизи инвариантов обращения времени при различных энергиях в точках Γ и A трехмерной зоны Бриллюэна. Необычный заряд Вейля cw=±2 и соединяется двумя ветвями состояний дуги Ферми, защищенных топологией на поверхности, параллельной главной c-оси."
"Другими словами, в материале kl-66 спин-орбитальное взаимодействие атомов Cu оказывает решающее влияние на зонную структуру и электронные свойства материала."
Взглянув на структурную диаграмму сканирования и соответствующие данные проверки, Сюй Чуань показал взгляд, который, казалось, предвидел это.
Хотя Чай Су прервал его вычисления, он не остался без результатов.
Теоретически, он уже примерно нашел основную причину сильных магнитных свойств материала kl-66 с помощью рассуждений.
Но точно ли это, еще предстоит выяснить в ходе последующих экспериментов.
Возможно, на этот раз он сможет установить полную связь между сильными антимагнитными материалами и топологией зон, тем самым продвинув сильно коррелированную физику на совершенно новый уровень.