Nieuw gepubliceerd onderzoek van een team van wetenschappers onder leiding van het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy werpt meer licht op de aard van supergeleiding op ijzerbasis op hoge temperatuur.

Huidige theorieën suggereren dat magnetische fluctuaties een zeer belangrijke rol spelen bij het bepalen van supergeleidende eigenschappen en zelfs fungeren als een "koppellijm" in op ijzer gebaseerde supergeleiders.

"Een metaal wordt een supergeleider wanneer normale elektronen vormen wat natuurkundigen Cooper-paren noemen. De interacties die verantwoordelijk zijn voor deze binding worden vaak 'koppellijm' genoemd. Het bepalen van de aard van deze lijm is de sleutel tot begrip, optimaliseren en controleren van supergeleidende materialen, " zei Ruslan Prozorov, een Ames Laboratory-fysicus die een expert is in supergeleiding en magnetisme.

De wetenschappers, van het Ames-laboratorium, Nanjing-universiteit, Universiteit van Minnesota, en L'École Polytechnique, richtten hun aandacht op hoogwaardige enkelkristalmonsters van een breed bestudeerde familie van ijzer-arsenide hoge-temperatuur supergeleiders. Ze zochten een experimentele benadering om de magnetische, elektronische en supergeleidende geordende toestanden; terwijl het magnetische veld behouden blijft, temperatuur, en druk onveranderd.

Ze kozen een niet zo voor de hand liggende richting:opzettelijk wanorde in het kristalrooster veroorzaken, maar op een gecontroleerde en meetbare manier. Dit werd uitgevoerd bij de SIRIUS-elektronenversneller aan de École Polytechnique. De wetenschappers bestookten hun monsters met snelle elektronen die met tien procent van de lichtsnelheid bewogen. het creëren van botsingen die atomen verplaatsten, en resulterend in gewenste "puntachtige" defecten. De methode, aangenomen bij Ames Laboratory in de vroege stadia van onderzoek naar supergeleiding van ijzer, is een manier om het systeem te porren of te duwen en de reactie ervan te meten. "Zie het als een andere 'knop' die we kunnen draaien, andere belangrijke parameters ongewijzigd laten, ’ zei Prozorov.

In eerder en gerelateerd onderzoek gepubliceerd in Natuurcommunicatie in 2018, en het gebruik van een vergelijkbare benadering om het systeem door wanorde te onderzoeken, het team keek naar het naast elkaar bestaan ​​en het samenspel van supergeleiding en ladingsdichtheidsgolf (CDW), een andere kwantumorde die concurreert met supergeleiding. Daar vonden ze een ingewikkelde relatie waarin CDW concurreert om dezelfde elektronische toestanden, maar helpt ook supergeleiding door de fonon-modi die in dat geval de rol van supergeleidende lijm spelen (een NbSe2-supergeleider) te verzachten.

In het huidige werk concurreert rondtrekkend magnetisme (spindichtheidsgolf) ook met supergeleiding voor de elektronische toestanden, maar biedt magnetische fluctuaties als lijm.

Het team ontdekte dat de toegevoegde stoornis resulteerde in een substantiële onderdrukking van zowel magnetische orde als supergeleiding, wijzend op een niet-triviale rol van magnetisme in supergeleiding bij hoge temperaturen.

Het onderzoek wordt verder besproken in de paper, "Samenspel tussen supergeleiding en rondtrekkend magnetisme in ondergedoteerde Ba _1-x K _x Fe ₂ Als ₂ (x =0,2) onderzocht door de reactie op gecontroleerde puntachtige stoornis, " geschreven door R. Prozorov, M. Ko?czykowski, MA Tanatar, H.H. Wen, R.M. Fernandes, en P.C. Canfield; en gepubliceerd in Natuur Quantum Materialen .