Niedawne badania z wykorzystaniem zaawansowanych superkomputerów skupiły się na dynamice nadprzewodników na bazie miedzi, mając na celu opracowanie materiałów, które będą wydajne w wyższych temperaturach i mogłyby znacząco ulepszyć urządzenia elektroniczne.
W ciągu ostatnich 35 lat naukowcy badali niezwykłą klasę materiałów zwanych nadprzewodnikami. Po schłodzeniu do określonej temperatury materiały te umożliwiają przepływ prądu bez żadnego oporu.
Zespół badawczy korzystający z superkomputera Summit zgłębiał zachowanie tych nadprzewodników, koncentrując się szczególnie na tym, jak ujemnie naładowane cząstki oddziałują z najmniejszymi jednostkami światła w materiale. Ta interakcja powoduje nagłe i dramatyczne zmiany we właściwościach materiału i jest kluczem do zrozumienia działania niektórych nadprzewodników na bazie miedzi.
Badanie interakcji cząstek
Celem zespołu było zbadanie ewolucji tych interakcji cząstek w gęsto upakowanych środowiskach, w których wiele cząstek oddziałuje jednocześnie. Ich odkrycia mogą dostarczyć cennych informacji na temat odrębnej grupy nadprzewodników na bazie miedzi, które są bardziej wydajne niż konwencjonalne. Materiały te mają dodatkową zaletę polegającą na działaniu w stosunkowo wyższych temperaturach, co czyni je obiecującym kandydatem na przyszłe energooszczędne urządzenia elektroniczne.
Spostrzeżenia dotyczące modelowania i symulacji
Naukowcy modelowali skomplikowane interakcje między ujemnie naładowanymi cząsteczkami elektronów w materiale oraz interakcje między elektronami i fononami. Fonony to najmniejsze jednostki energii wibracyjnej w materiale.
Modele te obejmowały miliony stanów cząstek, a każdy stan miał odrębną charakterystykę. Rezultatem są jedne z największych w dotychczasowej historii obliczeń zespołu dotyczących nadprzewodników na bazie miedzi. Metoda ta zapewnia naukowcom ramy do badania tzw. „energii własnej” elektronów.
Wyniki mogą pomóc zespołowi w przybliżeniu się do zrozumienia mechanizmów wyjątkowej rodziny nadprzewodników na bazie miedzi, które byłyby bardziej wydajne niż typowe nadprzewodniki na bazie miedzi.
Odniesienie: „Unmasking the Origin of Kinks in the Photoemission Spectra of Cuprate Superconductors” autorstwa Zhenglu Li, Meng Wu, Yang-Hao Chan i Stevena G. Louie, 8 kwietnia 2021 r., Listy z przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.146401
Prace były wspierane przez Biuro Naukowe Departamentu Energii w ramach programu Teorii Materiałów w Lawrence Berkeley National Laboratory oraz przez National Science Foundation. Zaawansowane kody dostarczyło Centrum Badań Obliczeniowych Zjawisk Stanu Wzbudzonego w Materiałach Energetycznych (C2SEPEM). Zasoby obliczeniowe na potrzeby tego badania zapewnił ośrodek obliczeniowy Oak Ridge Leadership Computing Facility. Dodatkowe zasoby obliczeniowe na potrzeby tego badania zapewniły Texas Advanced Computing Center i National Energy Research Scientific Computing Center.
