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新型光谱成像显微镜带你看重离子如何轰炸超导体
2789-12-23 14:32:54 慕雪发布 来源:益择网
益择网讯（慕雪/编译）有时缺陷也是优点，至少对铁基高温超导体来说如此。在强大的磁场中，会产生量子漩涡，它们就像河中的漩涡一样，可以顺流或逆流移动，而它们是超导体的敌人，虽然不能阻止它们形成，但早在20世纪70年代，科学家们就发现通过向材料中射入高能离子形成量子缺陷可以困住漩涡阻止其四处移动。如今，科学家们想要通过定量详细了解缺陷是怎样困住漩涡的，以便日后运用这些知识对特定应用战略性生产超导体。为此，美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室的物理学家J.C.谢默斯·戴维斯发明了精密光谱成像扫描隧道显微镜(SI-STM)，用其隧道电子尖对材料进行原子扫描，来对原子之下的结构成像，并探测其电子、原子属性，这是目前为止第一个可以绘制出同一材料三个特征的工具。
仪器的精度让科学家能在不同外部条件下重复扫描相同原子，如加大温度和磁场变化，来研究量子漩涡的形成、运动和影响。量子成像研究表明，涡流固定（困住破坏性涡流的能力）不仅取决于高能离子破坏轨道的形状，还取决于每个粒子的“附带损害”。用高能重离子轰击这些材料能产生纳米级缺陷，这些缺陷可在没有能量损失也不用降低临界操作温度的情况下提高材料携带高电流的能力；这样的大电流、高温超导体能应用于零功率损耗功率输电线路或发电涡轮机。“这项研究为设计和理解大电流，高性能的超导体开辟了新道路，”戴维斯说，“我们展示了一个过程，即用重离子辐照样品，可视化在原子尺度离子对晶体做了什么，同时看看在完全相同的视野里超导发生了什么。”
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