In onconventionele supergeleiders, elektronen vertonen vaak een neiging tot ruimtelijke ordening binnen hun atomaire structuur.

In supergeleiders op hoge temperatuur, dit komt in de vorm van de elektronische structuur die een uitgesproken verschil vertoont in de roostergebonden richtingen waarlangs atomen zijn geordend.

Binnen deze materialen deze elektronische activiteit verbreekt op zijn beurt de rotatiesymmetrie van het kristal, een fase die bekend staat als elektronische nematiciteit. Onderzoekers hebben geprobeerd deze nieuwe elektronische toestand beter te begrijpen, die samengaat met supergeleiding.

Boston College Associate Professor of Physics Ilija Zeljkovic en een internationaal team van onderzoekers wilden de atomaire signatuur van elektronische nematische transitie in Fe(Te, Se) - een klasse van materialen die bekend staat als ijzer-chalcogenide-supergeleiders - in een bijzonder geformuleerde samenstelling van het materiaal waar elektronische nematiciteit ruimtelijk het snelst kan veranderen of in de loop van de tijd kan fluctueren.

Een focus van onderzoekers die supergeleidende eigenschappen proberen te begrijpen, ijzerchalcogeniden worden gedefinieerd door hun samenstelling uit verschillende percentages zwavel, selenium, en teller. Voor hun experimenten, het team heeft samengestelde monsters gemaakt die tussen 35 en 50 procent selenium bevatten, uiteindelijk te vinden dat een constructie van 45 procent selenium elektronische nematiciteit onthulde die ruimtelijk inhomogeen is, of niet in gelijke mate voorkomen op elk punt in het materiaal.

Met behulp van lage-temperatuur spectroscopische beeldvormende scanning tunneling microscopie (STM), het team ontdekte dat op het overgangspunt - net voordat het materiaal de nematische toestand binnengaat - elektronische nematiciteit voor het eerst verschijnt in gelokaliseerde nanoschaalregio's, Zeljkovic en collega's rapporteerden in de online editie van het tijdschrift Natuurfysica .

In aanvulling, het team ontdekte dat in dezelfde samenstelling van 45 procent selenium kleine hoeveelheden "rek" - een uitrekken van het materiaal in één richting - van slechts een fractie van een procent kunnen leiden tot het verschijnen van lokale nematiciteit, die op zijn beurt supergeleiding onderdrukt. Dit was niet het geval voor Fe(Te, Se) monsters geconstrueerd met een lagere Se-samenstelling van 35 procent, die verwaarloosbare effecten op supergeleiding van dezelfde hoeveelheden spanning vertonen.

Het team ontdekte dat in bepaalde samenstellingen van Fe(Te, Se) de nematische fluctuaties kunnen worden "vastgezet" door structurele wanorde, die supergeleiding belemmert in bepaalde delen van het materiaal, zei Zeljkovic, bij het project aangesloten door zijn collega's van Boston College, hoogleraar natuurkunde Ziqiang Wang en afgestudeerde studenten He Zhao en Hong Li, evenals onderzoekers van andere instellingen in de VS en China.

"Het was verrassend dat nematische regio's helemaal niet supergeleidend lijken te zijn, ondanks het feit dat de supergeleidende overgangstemperatuur het hoogst zou moeten zijn bij de samenstelling van 45 procent, " zei Zeljkovic. "Dit kan wijzen op nematische 'schommelingen', waarvan gedacht wordt dat het de supergeleiding verbetert in de buurt van de nematische overgang, statisch worden en zo de supergeleidende eigenschappen lokaal verminderen."

Zeljkovic zei dat de resultaten aangeven dat er een verborgen kwantumkritisch punt - een gewilde maatstaf bij de overgang tussen verschillende toestanden in materie bij nul graden Kelvin - kan bestaan ​​in Fe(Te, zie). Hij zei dat verder onderzoek naar het materiaal nodig zou zijn om te bepalen of dat het geval is.