Hoge temperatuur supergeleiders kunnen elektrische energie zonder weerstand transporteren. Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben inelastische röntgenverstrooiing met hoge resolutie uitgevoerd en hebben ontdekt dat hoge uniaxiale druk een ladingsvolgorde op lange afstand induceert die concurreert met supergeleiding. Hun studie opent nieuwe inzichten in het gedrag van gecorreleerde elektronen. De studie is gepubliceerd in Wetenschap .

Supergeleiders transporteren stroom zonder verliezen, maar alleen onder een bepaalde kritische temperatuur. Conventionele supergeleiders moeten bijna tot het absolute nulpunt worden afgekoeld, en zelfs de zogenaamde hoge-temperatuur-supergeleiders hebben temperaturen van rond de -200 graden Celsius nodig om stroom zonder weerstand te transporteren. Ondanks dit, supergeleiders worden al op grote schaal gebruikt. Om supergeleiders te ontwikkelen die bij nog hogere temperaturen – mogelijk tot kamertemperatuur – werken en daarmee een belangrijke bijdrage leveren aan een efficiënte energievoorziening, elektronische toestanden en processen die betrokken zijn bij de vorming van het supergeleidende condensaat moeten op een fundamenteel niveau worden begrepen.

Onderzoekers onder leiding van professor Matthieu Le Tacon, directeur van het Institute of Solid-State Physics (IFP) van het KIT, hebben nu een belangrijke stap voorwaarts gemaakt. Ze hebben aangetoond dat hoge uniaxiale druk kan worden gebruikt om de concurrerende toestanden in een supergeleider bij hoge temperatuur af te stemmen. Met behulp van inelastische röntgenverstrooiing met hoge resolutie, de wetenschappers onderzochten een hoge temperatuur cuprate supergeleider, YBa ₂ Cu ₃ O _6.67 . In deze complexe verbinding koper- en zuurstofatomen vormen tweedimensionale structuren. Het veranderen van de ladingsdragerconcentratie in deze vlakken levert een verscheidenheid aan elektronische fasen op, waaronder supergeleiding en ladingsorders.

In de charge bestelde staat, de elektronen 'kristalliseren' uit tot streepvormige nanostructuren. Deze elektronische toestand wordt meestal waargenomen in deze materialen wanneer supergeleiding wordt onderdrukt met behulp van zeer grote magnetische velden, waardoor het moeilijk te onderzoeken is met conventionele spectroscopische instrumenten.

Deze toestand induceren in YBa ₂ Cu ₃ O _6.67 door uniaxiale druk in plaats van magnetische velden te gebruiken, konden de onderzoekers de relatie met supergeleiding bestuderen met behulp van röntgenverstrooiing. Ze identificeerden sterke anomalieën van de roosterexcitatie die verband houden met de vorming van de ladingsvolgorde. "Onze resultaten bieden nieuwe inzichten in het gedrag van elektronen in gecorreleerde elektronenmaterialen en in de mechanismen die leiden tot supergeleiding bij hoge temperaturen, " zegt professor Matthieu Le Tacon van het KIT. "Ze laten ook zien dat uniaxiale druk het potentieel heeft om de volgorde van de elektronen in dergelijke materialen te regelen."