Meer dan een decennium geleden, onderzoekers ontdekten dat toen ze boor aan de koolstofstructuur van diamant toevoegden, de combinatie was supergeleidend. Vanaf dat moment, er is steeds meer belangstelling ontstaan ​​voor het begrijpen van deze supergeleidende eigenschappen.

Met deze interesse een onderzoeksgroep in India richtte zich op een Fano-resonantie in een zwaar met boor gedoteerde diamant (BDD) waarbij de vibratiemodus van diamant betrokken is. De onderzoekers, van het Indian Institute of Technology Madras, rapporteren hun bevindingen deze week in Technische Natuurkunde Brieven .

Bij het onderzoeken van de vibratie-eigenschappen van BDD-films, de onderzoekers gebruikten Raman-verstrooiing en presenteerden een uitgebreide analyse van het Fano-effect als een functie van de boorconcentratie en de excitatiefrequentie die bij de Raman-meting werd gebruikt.

Fano-effect

De Fano-resonantie in een diamant is te zien in Raman-verstrooiing, dat is een resonante verstrooiing van licht waarbij een invallend foton in wisselwerking staat met een vibratiemodus van de diamant en in het proces de fotonenergie verschuift, en dus de frequentie, omhoog of omlaag door de energie van de trillingsmodus. Interferentie tussen verstrooiing van een discrete overgang zoals de zonecentrum-trillingsmodus in diamant, en dat van een continuümachtergrond als gevolg van de door borium geïnduceerde onzuiverheidsband, produceert een asymmetrisch signaal dat bekend staat als een Fano-resonantie.

"Fano-parametrering is een goed doordacht experiment van ons om de aard van de evolutie van onzuiverheidsbanden met boordoping te begrijpen die leidt tot supergeleiding in diamant, " zei Ramachandra Rao, een co-auteur van het artikel. "Ons doel was om een ​​dieper inzicht te krijgen in de interactie van licht met de onzuiverheidsband door de boorconcentraties in diamantfilms te variëren en ook door verschillende laserexcitaties te gebruiken."

"Een toename van de boorconcentraties verhoogt de onzuiverheidsbandbreedte, " zei Dinesh Kumar, de eerste auteur van de krant. "De Fano-resonantie is gevoelig voor wijziging in de onzuiverheidsbandbreedte die wordt veroorzaakt door de verhoogde boorconcentratie in BDD."

De groep keek goed naar de interactie, het systematisch bestuderen van zwaar gedoteerde monsters in de halfgeleidende en supergeleidende regimes met behulp van ultraviolette en zichtbare golflengten van de laserexcitatiebronnen voor de Raman-meting.

De asymmetrische Fano-lijnvorm onthulde dat de faseverschuiving in diamant een opmerkelijke verandering ondergaat die kan worden afgestemd door de onzuiverheidsbandbreedte of door de verstrooiingsfrequentie.

Een hogere temperatuur bereiken

De onderzoekers wilden ook meer inzicht krijgen in de relatie tussen doping en supergeleiding om te leren hoe de supergeleidende overgangstemperatuur bij BDD kan worden verhoogd.

Supergeleiders bieden geen elektrische weerstand tegen de stroom. Om deze staat te bereiken, echter, de materialen moeten zich doorgaans in extreem koude temperaturen bevinden, dicht bij het absolute nulpunt. In de afgelopen 10 jaar is de supergeleidende overgangstemperatuur in diamant gestegen en ligt nu in de buurt van 10 kelvin (of ongeveer -263 graden Celsius). Dit is veel minder dan de theoretisch voorspelde waarde van 55 K.

Terwijl 55 K nog te laag is voor praktische toepassingen, begrijpen waarom de overgangstemperatuur van BDD zo ver onder de theoretische limiet ligt, kan inzicht verschaffen in hoe de overgangstemperaturen van andere supergeleiders kunnen worden verbeterd. Het verhogen van de temperatuur bij BDD blijft een probleem in het dopingproces, waarbij onderzoekers onbedoeld de structuur van het diamantrooster beschadigen.

"Vanwege zware boordoping, het diamantrooster ondergaat een complexe transformatie die resulteert in een toename van de wanorde van het systeem, wat nadelig is voor de supergeleidende eigenschappen. We hebben dit probleem uitgebreid onderzocht door de boorconcentratie in de huidige studie af te stemmen, ' zei Rao.