Wetenschap
Afwisselende driehoekige golfdomeinen met ladingsdichtheid waargenomen in een gelaagde supergeleidende verbinding
Een onderzoeksteam bestaande uit NIMS en de Tokyo University of Science observeerde ladingsdichtheidsgolven (CDW's) in niobiumdiselenide (NbSe2 ) – een gelaagde verbinding – bij cryogene temperaturen en ontdekte dat ze afwisselende driehoekige domeinen vormen die worden gekenmerkt door twee opvallende stervormige en klavervormige CDW-structuren.
Deze domeinstructuur bleek consistent te zijn met een theoretische voorspelling die ongeveer veertig jaar geleden werd gedaan. Het onderzoek is gepubliceerd in Physical Review Letters .
NbSe2 – een gelaagde supergeleidende verbinding – wordt vaak gebruikt in fundamenteel onderzoek naar kwantumverschijnselen. Het is daarom belangrijk om de fysieke eigenschappen van NbSe2 te begrijpen in detail bij cryogene temperaturen. Deze omvatten de unieke eigenschap die het bezit om zowel supergeleiding als CDW's te vertonen (dat wil zeggen periodieke modulaties in de elektronendichtheid binnen de verbinding) en de wisselwerking daartussen.
Om deze interacties vast te stellen is de identificatie van een precieze CDW-domeinstructuur binnen NbSe2 vereist . Uit eerder onderzoek is gebleken dat CDW's binnen NbSe2 leken twee soorten domeinen te hebben die worden gekenmerkt door stervormige en klavervormige CDW-structuren. De verdeling van deze twee domeinen bleef echter onbepaald vanwege een gebrek aan kwantitatieve technieken die deze nauwkeurig konden ophelderen.
Dit onderzoeksteam heeft hogeresolutiebeelden gemaakt van CDW's binnen NbSe2 met behulp van een scanning tunneling microscoop (STM) die kristallijne oppervlakken in beeld kan brengen met een resolutie op atomair niveau. Het team slaagde er vervolgens in om de distributiepatronen van de domeinen die worden gekenmerkt door stervormige en klavervormige CDW-structuren duidelijk in beeld te brengen door de verplaatsing van CDW-modulaties numeriek te bepalen ten opzichte van het waargenomen atoomrooster.
Het resulterende beeld onthulde dat beide domeinen driehoekige vormen hadden en gerangschikt waren in een afwisselend patroon vergelijkbaar met urokomon, een decoratief motief dat lijkt op de schubben van een vis of reptiel dat vaak voorkomt in traditionele Japanse kunst en ambachten. Dit was de allereerste observatie van de CDW-domeinstructuur sinds het bestaan ervan theoretisch werd voorspeld in de jaren tachtig.
Verwacht wordt dat deze resultaten het begrip van CDW's binnen NbSe2 zullen vergroten en andere verwante verbindingen en het onderzoek naar supergeleiders bij hoge temperaturen vergemakkelijken door nieuwe inzichten te verschaffen in de relatie tussen CDW's en supergeleiding. Daarnaast kunnen ze fundamenteel onderzoek naar kwantumfenomenen bevorderen in systemen waarin deze verbindingen als bouwstenen kunnen worden gebruikt.