Supergeleiders op hoge temperatuur, materialen die bij ongewoon hoge temperaturen supergeleidend worden, zijn de belangrijkste componenten van een verscheidenheid aan technologische hulpmiddelen, inclusief MRI-machines en deeltjesversnellers. Onlangs, natuurkundigen hebben waargenomen dat de twee families van bekende hoge-temperatuur-supergeleiders - op koper en ijzer gebaseerde verbindingen - beide een uniek fenomeen vertonen waarbij elektronische vrijheidsgraden de algehele rotatiesymmetrie van het kristal kunnen breken en de zogenaamde elektronische nematische fase kunnen vormen .

Verwant aan de vloeibare kristalfase, het spontaan breken van symmetrieën door elektronen is begrijpelijk, behalve het feit dat elektronen geen moleculen zijn met onregelmatige vormen. In aanvulling, elektronen zijn vaak betrokken bij andere eigenschappen zoals magnetisme, dus het begrijpen van de rol van "nematiciteit" kan behoorlijk uitdagend zijn, omdat het vaak wordt aangetroffen in coëxistentie met andere orden zoals magnetisme.

Natuurkundigen aan de Universiteit van Maryland en de Universiteit van Illinois-Urbana Champaign, in samenwerking met theoretici van de Universiteit van Minnesota, hebben onlangs een studie uitgevoerd om de elektronische nematische fase in verschillende hoge-temperatuur-supergeleiders beter te begrijpen. hun papier, gepubliceerd in Natuurfysica , is gebaseerd op ideeën en observaties die ze gedurende meerdere jaren van onderzoek hebben verzameld.

Hetzelfde team van onderzoekers begon ongeveer 10 jaar geleden met het onderzoeken van op ijzer gebaseerde supergeleiders. Sindsdien hebben ze talrijke artikelen gepubliceerd die zich specifiek richten op de elektronische nematische fase.

"Sommige ijzeren supergeleiders met dezelfde kristalstructuur als Ba _{1− x} sr _x Ni ₂ Als ₂ waarvan bekend is dat ze 'instorten' bij lage temperaturen, "Dr. Johnpierre Paglione, de hoofdonderzoeker van het onderzoek, vertelde Phys.org. "Geïntrigeerd door deze observatie, we gingen op zoek naar hetzelfde instortende effect in het op nikkel gebaseerde systeem door de kristalstructuur ervan bij lage temperaturen te bestuderen. Terwijl je dit doet, we ontdekten dat er een heel andere faseovergang plaatsvindt, kostenbestelling genoemd."

In hun recente studie, de onderzoekers wilden bepalen of de ladingsvolgorde die ze eerder hadden waargenomen in op nikkel gebaseerde supergeleiders ook gepaard gaat met de nematische fase. Ze bestudeerden specifiek het materiaal Ba _{1− x} sr _x Ni ₂ Als ₂ , die een structuur heeft die lijkt op die van op ijzer gebaseerde supergeleiders.

"We wisten dat in beide 'eindlid'-verbindingen BaNi ₂ Als ₂ en SrNi ₂ Als ₂ , supergeleiding bestaat bij zeer lage temperaturen (onder 1 Kelvin) en we waren erg geïntrigeerd dat het in beide systemen erg op elkaar leek, zelfs als BaNi ₂ Als ₂ heeft al deze gekke natuurkunde aan de hand en SrNi ₂ Als ₂ is eigenlijk een citroen, Paglione legde uit. "Zo begonnen we legeringen van de twee te maken, het op een systematische manier mengen van barium en strontium om continu van het ene uiteinde naar het andere te gaan."

interessant, Paglione en zijn collega's merkten op dat wanneer hun legeringen zich ergens tussen de barium- en strontiumverbindingen bevonden (ongeveer 70% Sr), hun ladingsvolgorde volledig werd gedood (d.w.z. onderdrukt tot het absolute nulpunt), terwijl hun kenmerken van nematische fluctuaties sterk bleven. Ze ontdekten ook dat op het hoogtepunt van deze fluctuaties de supergeleiding van het materiaal werd versterkt met een factor zes (d.w.z. de overgangstemperatuur werd opgepompt van 0,6 K naar 3,5 K).

Deze waarneming is moeilijk uit te leggen met behulp van conventionele theorieën en van supergeleiding en andere benaderingen. Ze concludeerden dus dat het een gevolg van nematische fluctuaties moest zijn.

"Onze studie heeft belangrijke implicaties, omdat we de afstemknop kennen om dit te doen, en er is geen hinderlijk magnetisme om de theoretische interpretatie te compliceren, dus onze interpretatie biedt een weg naar fijnafstemming van materialen om supergeleiding bij hoge temperaturen te krijgen, ' zei dokter Paglione.

Algemeen, Paglione en zijn collega's observeerden een directe relatie tussen verbeterde koppeling en nematische fluctuaties in het modelsysteem dat ze onderzochten. In de toekomst, het inzicht dat in hun onderzoek is verzameld, kan toekomstige studies naar de rol van nematiciteit bij het versterken van supergeleiding informeren.

"We concentreren ons momenteel op de hete zone rond 70% Sr om te zien hoe fijn we dingen kunnen afstemmen met andere knoppen in het lab, zoals druk en spanning, "Zei Dr. Paglione. "Tegelijkertijd zijn we op zoek naar andere materialen die vergelijkbare eigenschappen vertonen en daarom kunstmatig kunnen worden afgestemd om ook supergeleiders te worden, hopelijk in de buurt van kamertemperatuur."

© 2020 Wetenschap X Netwerk