Sinds de eerste ontdekking van cuprate (koperbevattende) supergeleiders in 1986, ze hebben onderzoekers enorm verbaasd. Cuprate-supergeleiders hebben kritische supergeleidende temperaturen - het punt waarop hun elektrische weerstand tot nul daalt - tot 138 K bij omgevingsdruk, die de kritische temperaturen van andere supergeleiders ver overschrijdt en zelfs hoger is dan wat op basis van theorie voor mogelijk wordt gehouden.

Nu in een nieuwe studie, onderzoekers hebben het bestaan ​​van een positieve feedbacklus ontdekt die de supergeleiding van cuprates op een geweldige manier verbetert en licht kan werpen op de oorsprong van cuprate-supergeleiding bij hoge temperaturen - beschouwd als een van de belangrijkste open vragen in de natuurkunde.

De onderzoekers, Haoxiang Li et al., aan de Universiteit van Colorado in Boulder en de École Polytechnique Fédérale de Lausanne, hebben een paper gepubliceerd over hun experimentele ARPES (Angle Resolved Photoemission Spectrscopy) resultaten op hoge temperatuur cuprate supergeleiders in een recent nummer van Natuurcommunicatie .

Zoals de onderzoekers uitleggen, het positieve feedbackmechanisme komt voort uit het feit dat de elektronen in de niet-supergeleidende cuprate-toestand anders gecorreleerd zijn dan in de meeste andere systemen, ook in conventionele supergeleiders, die sterk coherente elektronencorrelaties hebben. In tegenstelling tot, cuprates in hun niet-supergeleidende toestand hebben sterk onsamenhangende "vreemd-metaal" correlaties, die ten minste gedeeltelijk worden verwijderd of verzwakt wanneer de cupraten supergeleidend worden.

Door deze onsamenhangende elektronencorrelaties, er wordt algemeen aangenomen dat het raamwerk dat conventionele supergeleiding beschrijft - dat is gebaseerd op het begrip quasideeltjes - niet nauwkeurig kan beschrijven cuprate supergeleiding. In feite, sommige onderzoeken hebben gesuggereerd dat cuprate-supergeleiders zulke ongebruikelijke elektronische eigenschappen hebben dat zelfs een poging om ze te beschrijven met de notie van deeltjes van welke aard dan ook nutteloos wordt.

Dit leidt tot de vraag, welke rol, indien van toepassing, spelen de vreemd-metaalcorrelaties in cuprate-supergeleiding bij hoge temperatuur?

Het belangrijkste resultaat van het nieuwe artikel is dat deze correlaties niet zomaar verdwijnen in de supergeleidende cuprate-toestand, maar worden in plaats daarvan omgezet in coherente correlaties die leiden tot een verbetering van de supergeleidende elektronenparen. Dit proces resulteert in een positieve feedbackloop, waarin de omzetting van de onsamenhangende vreemd-metaalcorrelaties in een coherente toestand het aantal supergeleidende elektronenparen verhoogt, wat weer leidt tot meer conversie, enzovoort.

De onderzoekers vonden dat, dankzij dit positieve feedbackmechanisme, de sterkte van de coherente elektronencorrelaties in de supergeleidende toestand is ongekend, veel groter dan wat mogelijk is voor conventionele supergeleiders. Een dergelijke sterke elektroneninteractie opent ook de mogelijkheid dat cuprate-supergeleiding zou kunnen optreden als gevolg van een volledig onconventioneel koppelingsmechanisme - een puur elektronisch koppelingsmechanisme dat uitsluitend zou kunnen ontstaan ​​​​door kwantumfluctuaties.

"We ontdekken experimenteel dat de onsamenhangende elektroncorrelaties in de vreemde metaal 'normale toestand' worden omgezet in coherente correlaties in de supergeleidende toestand die de supergeleiding helpen versterken, met een daaruit voortvloeiende positieve feedbacklus, " vertelde co-auteur Dan Dessau aan de Universiteit van Colorado in Boulder: Phys.org . "Zo'n sterke positieve feedbacklus zou de meeste conventionele koppelingsmechanismen moeten versterken, maar zou ook een echt onconventioneel (puur elektronisch) koppelingsmechanisme mogelijk kunnen maken."

Verrassend genoeg, de onderzoekers ontdekten ook dat ze hun experimentele resultaten konden beschrijven met behulp van een semi-conventionele quasideeltjesachtige benadering, ondanks het feit dat cuprate supergeleiders zich zo anders gedragen dan andere materialen.

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan te onderzoeken of dit positieve feedbackmechanisme kan worden geïntegreerd in andere materialen, misschien leidend tot nieuwe soorten supergeleiders voor hoge temperaturen.

"We kunnen soortgelijke positieve feedbackloops zoeken in verwante materialen, en kan ook de nieuw ontwikkelde op ARPES gebaseerde technieken gebruiken om de details van de elektronische correlaties nog gedetailleerder te onderzoeken, ' zei Li.

© 2018 Fys.org