Onconventionele supergeleiders bevatten een aantal exotische fasen van materie waarvan wordt gedacht dat ze een rol spelen, In voor en tegenspoed, in hun vermogen om elektriciteit met 100% efficiëntie te geleiden bij veel hogere temperaturen dan wetenschappers voor mogelijk hadden gehouden - hoewel nog steeds ver onder de temperaturen die hun brede toepassing in perfect efficiënte hoogspanningslijnen mogelijk zouden maken, maglev-treinen enzovoort.

Nu hebben wetenschappers van het SLAC National Accelerator Laboratory van het Department of Energy een glimp opgevangen van de ondertekening van een van die fasen, bekend als paardichtheidsgolven of PDW, en bevestigde dat het verweven is met een andere fase die bekend staat als ladingsdichtheidsgolf (CDW) strepen - golfachtige patronen van hogere en lagere elektronendichtheid in het materiaal.

Het observeren en begrijpen van PDW en zijn correlaties met andere fasen kan essentieel zijn om te begrijpen hoe supergeleiding in deze materialen ontstaat, waardoor elektronen kunnen paren en reizen zonder weerstand, zei Jun-Sik Lee, een SLAC-stafwetenschapper die het onderzoek leidde in de Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) van het laboratorium.

Zelfs indirect bewijs van de PDW-fase verweven met ladingsstrepen, hij zei, is een belangrijke stap op de lange weg naar het begrijpen van het mechanisme achter onconventionele supergeleiding, die wetenschappers gedurende meer dan 30 jaar onderzoek is ontgaan.

Lee voegde eraan toe dat de methode die zijn team gebruikte om deze observatie te maken, waarbij de gevoeligheid van een standaard röntgentechniek die bekend staat als resonante zachte röntgenverstrooiing (RSXS) drastisch werd verhoogd, zodat het de extreem zwakke signalen van deze verschijnselen kon zien, heeft potentieel voor het direct waarnemen van zowel de PDW-handtekening als de correlaties met andere fasen in toekomstige experimenten. Daar gaan ze nu aan werken.

De wetenschappers beschreven hun bevindingen in Fysieke beoordelingsbrieven .

Supergeleidergeheimen ontrafelen

Het bestaan ​​van de PDW-fase in supergeleiders bij hoge temperaturen werd meer dan tien jaar geleden voorgesteld en het is een opwindend onderzoeksgebied geworden, met theoretici die modellen ontwikkelen om uit te leggen hoe het werkt en met experimentatoren die ernaar zoeken in verschillende materialen.

In dit onderzoek, gingen de onderzoekers op zoek in een koperoxide, of cuprate, materiaal dat bekend staat als LSCFO vanwege de elementen die het bevat:lanthaan, strontium, koper, ijzer en zuurstof. Er wordt gedacht dat het twee andere fasen herbergt die met PDW kunnen verweven zijn:golfstrepen met ladingsdichtheid en golfstrepen met spindichtheid.

De aard en het gedrag van lading en spinstrepen zijn onderzocht in een aantal studies, maar er waren slechts een paar indirecte glimpen van PDW geweest - vergelijkbaar met het identificeren van een dier aan de hand van zijn sporen - en geen enkele gemaakt met röntgenverstrooiingstechnieken. Omdat röntgenverstrooiing het gedrag van een heel monster in één keer onthult, het wordt beschouwd als de meest veelbelovende manier om te verduidelijken of PDW bestaat en hoe het zich verhoudt tot andere belangrijke fasen in cuprates, zei Lee.

De afgelopen jaren is het SSRL-team heeft gewerkt aan het verhogen van de gevoeligheid van RSXS, zodat het de signalen kon opvangen waarnaar ze op zoek waren.

Postdoctoraal onderzoeker Hai Huang en SLAC-stafingenieur Sang-Jun Lee gebruikten de verbeterde techniek in dit onderzoek. Ze verspreidden röntgenstralen van LSCFO en in een detector, patronen vormen die onthulden wat er in het materiaal aan de hand was. Toen ze de temperatuur van het materiaal naar het supergeleidende bereik lieten zakken, spinstrepen verschenen en verstrengeld om ladingsstrepen te vormen, en die ladingsstrepen werden vervolgens geassocieerd met de opkomst van tweedimensionale fluctuaties die het kenmerk zijn van PDW.

De onderzoekers zeiden dat deze resultaten niet alleen de waarde van de nieuwe RSXS-aanpak aantonen, maar ondersteunen ook de mogelijkheid dat de PDW niet alleen in dit materiaal aanwezig is, maar in alle supergeleidende cupraten.