何年もの間、何人かの物理学者は、レーザー光と個々の原子のパターンで結晶をシミュレートすることにより、高温超伝導の謎を解明しようとしてきました.現在、チームは、電気の抵抗のない流れが現れる高温超伝導体に見られる磁気のパターンを再現することにより、そのような「光格子」シミュレーションの最後の次のステップをほぼ完了しました。
スイス連邦工科大学（チューリッヒ）の実験者ティルマン・エスリンガーは、「これまでの結果よりも大幅に改善されました」と話す。 「着実な進歩を見るのは非常にエキサイティングです。」
光格子シミュレーションは、本質的に光でできた結晶です。実際の結晶にはイオンの 3D パターンの繰り返しが含まれており、電子はイオンからイオンへと流れます。シミュレーションでは、レーザー光のスポットがイオンに置き換わり、スポット間を移動する超低温原子が電子に置き換わります。物理学者は、スポットのパターン、スポットが原子を引き付ける強さ、原子が互いに反発する強さを調整できます。そのため、この実験は、高温超伝導などの物理学を精査するのに理想的です。高温超伝導では、水銀バリウム カルシウム 銅酸化物などの材料が、ニオブなどの通常の超伝導体より絶対零度をはるかに超える 138 K まで抵抗なく電気を運ぶことができます。 /P>
銅と酸素、または銅酸塩の超伝導体がどのように機能するかは不明のままです。材料には、銅と酸素イオンの平面が含まれており、銅が正方形のパターンに配置されています。電子は互いに反発し合い、モット絶縁体状態と呼ばれる 1 対 1 の交通渋滞に陥ります。それらはこまのように回転し、低温では隣接する電子が反対方向に回転し、反強磁性と呼ばれる上下上下の磁性パターンを作り出します。不純物が数個の電子を吸収し、交通渋滞を緩和すると、超伝導が始まります。残りの電子は対になって平面に沿って自由に滑ります。
理論家は、そのペアリングがどのように発生するかについてまだ同意していません.反強磁性パターンの波状の波紋が、1 つの電子を別の電子に引き付ける接着剤として機能すると考える人もいます。逆説的に、対形成は電子間の反発のみから生じると主張する人もいます。理論家は、フェルミ ハバード モデルとして知られる市松模様の平面上の電子の数学モデルを書き留めることができますが、それを「解く」のは非常に難しいため、それが超伝導を生成するかどうかを誰も示すことができませんでした。
実験家たちは、フェルミ ハバード モデルをレーザー光と低温原子で再現して、超伝導が得られるかどうかを確認したいと考えています。 2002 年、ドイツのガルヒングにあるマックス プランク量子光学研究所 (MPQ) の物理学者である Immanuel Bloch らは、光格子でモット絶縁体状態を実現しました。 6 年後、Esslinger と同僚は、電子を模倣する適切な量のスピンを持つ原子でモット状態を達成しました。現在、テキサス州ヒューストンにあるライス大学の物理学者である Randall Hulet と同僚たちは、最後から 2 番目のステップである反強磁性をほぼ達成しました。
Hulet と同僚は、レーザー光で 100,000 ～ 250,000 個のリチウム 6 原子を閉じ込めました。次に、光格子を上げてから下げて、それらを整理しました。原子に特定の波長のレーザー光を当てると、上から下、上から下のスピンパターンが出現している証拠が観察されました。レーザー光は、原子の列によって特定の角度で方向転換または回折されました。これは、実際の結晶で X 線がイオンから回折するのと同じです。重要なことは、光が原子のスピンを調べたことです。光波は、一方向に回転している原子から跳ね返り、反対方向には跳ね返っていない場合に反転します。その反転がなければ回折は起こらなかったので、観察により上下上下パターンの出現が確認される、と Hulet は言う。
Hulet のチームは、他の取り組みを悩ませてきた問題を解決しました。通常、光格子をオンにすると原子が加熱されます。それを避けるために、研究者は原子をわずかに反発させる別のレーザーを追加し、最もエネルギーの高い原子がトラップによってかろうじて保持されるようにしました。次に、原子が加熱されると、最もエネルギーの高い原子が温かいスープからの蒸気のように「蒸発」して、他の原子を冷たく保つことを、研究者は今週 Nature でオンラインで報告しています。 .それらは、完全に安定した反強磁性パターンに完全には到達しませんでした:温度が 40% 高すぎました。しかし、この技術はさらに進歩する可能性があると Hulet 氏は言います。 「この方法の限界については、よくわかっていません」と彼は言います。 「2 分の 1、10 分の 1 に下げることができます。」
オハイオ州立大学コロンバス校の理論家 Tin-Lun "Jason" Ho は次のように述べています。超伝導状態に到達するには、温度を 2 倍または 3 倍下げるだけで十分かもしれない、と彼は言います。しかし、MPQ の Bloch 氏は、それを冷やすにはさらに別の手法が必要になる可能性があると警告しています。 「いくつかの冷却技術が開発されており、興味深い実験が行われています」と彼は言います.
物理学者は、光格子に関する他のシステムや問題も調査しています。このアプローチは今も勢いを増しており、Hulet 氏は次のように述べています。「今はエキサイティングな時期です。」
