具有“时间概念”的超导体:当材料区分过去和

2020-07-23 03:11 admin

昨天发生的事情和明天将发生的事情,通常是两个不同且非常独立的问题。人类生活的过去和未来不是对称的,因此是不可逆的。在物理学上,这有所不同。基本粒子、原子和分子中自然的基本力相对于它们的时间发展是对称的:向前或向后都没有区别,科学家将其称为时间反演对称性。

时间反演对称(time reversal symmetry,简称T-symmetry)描述的是在时间反演运算下,物理系统所保有的对称性,又标作T对称。在一些限定条件下存在时间反演对称性,但是由于热力学第二定律我们观测到的宇宙并不具有时间反演对称性.

发生不对称性有两种情况::第一种是物理定律时间反演的不对称性,比如弱相互作用;第二个是宇宙初始条件所导致的不对称性。

几十年来,在所有超导体中都发现了这种对称性。超导体是可以在低温下传导电流而不会耗散能量的材料。它们的主要应用之一是有效产生强磁场,例如在磁共振成像(MRI)诊断中。所有已知的超导材料中大约有99%是时间反演对称的。

然而,多年来,物理学家已经发现了可以克服时间逆向对称性的新型超导体。为了解释这些发现,人们已经对已有75多年的历史的超导的基本机制,进行了相当大的修改。只有这些新颖的超导体才能自发产生恒定的内部磁场。这可以导致新的应用,例如在量子计算设备中。

最近,德国德累斯顿工业大学(英语:Dresden University of Technology)的物理学家在一类铁基超导体中发现了自发的静态磁场,这些磁场具有时间反演对称性。这种非凡的特性需要新的理论模型,并且可能在量子计算中变得重要。该最新研究结果发表在最近的科学杂志《自然物理学》上。

如下图所示超导体内部的磁场打破时间反演对称性:红色和蓝色箭头表示内部磁场的方向和强度,指示向前和向后的时间发展。

通常,磁性和超导性是相互对抗的。然而,存在超导与磁性共存的超导体的几个家族,并且已知一些超导本身会诱发自发磁性。研究人员使用μ子自旋弛豫(μSR)技术观察该自发磁场。通过实验证明了由于电子系统拓扑变化而可能出现的新型量子态。

研究团队在铁基超导体中发现了这种打破时间反演对称性的新磁态。这类通用的金属间化合物的合成相对简单。因此,这些铁基超导体具有巨大的应用潜力。

研究人员表示:“我们的研究表明,十二年前发现的铁基超导体继续揭示出对基础研究的新追求以及新的应用前景。”

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