Kobberstriber hjælper med at stryge pnictidlåsen i isolerende tilstand

Fysikere ved Rice University's Center for Quantum Materials (RCQM) har skabt et nyt jernbaseret materiale, der giver fingerpeg om den mikroskopiske oprindelse ved høj temperatur superledning.

Materialet, en formulering af jern, natrium, kobber og arsen skabt af Rice -kandidatstuderende Yu Song i laboratoriet hos fysikeren Pengcheng Dai, er beskrevet i denne uge i journalen Naturkommunikation .

Dai sagde Songs opskrift - som indebærer at blande ingredienser i en ren argonatmosfære, forsegle dem i niobiumbeholdere og bage dem ved næsten 1, 000 grader Celsius - producerer en lagdelt legering, hvor jern og kobber adskilles i skiftende striber. Denne stribe er kritisk for materialets anvendelighed til at forklare oprindelsen til høj temperatur superledning, sagde RCQM -direktør Qimiao Si.

"Ved at danne dette regulære mønster, Yu Song har fysisk fjernet uorden fra systemet, og det er afgørende vigtigt for at kunne sige noget meningsfuldt om, hvad der foregår elektronisk, " sagde Si, en teoretisk fysiker, der har arbejdet med at forklare oprindelsen til høj temperatur superledning og lignende fænomener i næsten to årtier.

Højtemperatursuperledning blev opdaget i 1986. Det opstår, når elektroner parrer sig og flyder frit i lagdelte legeringer som Songs nye skabelse. Snesevis af superledende legeringer ved høj temperatur er blevet skabt. De fleste er komplekse krystaller, der indeholder et overgangsmetal - typisk jern eller kobber - og andre elementer. Højtemperatur-superledere er typisk frygtelige ledere ved stuetemperatur og bliver først superledere, når de afkøles til en kritisk temperatur.

"Det centrale problem med høj temperatur superledning er at forstå det præcise forhold mellem disse to grundlæggende tilstande i materien og faseovergangen mellem dem, "sagde Dai, professor i fysik og astronomi ved Rice. "Den makroskopiske ændring er tydelig, men adfærdens mikroskopiske oprindelse er åben for fortolkning, stort set fordi der er mange variabler i spil, og forholdet mellem dem er både synergistisk og ikke -lineært. "

Dai sagde, at to tankeskoler "udviklede sig helt fra begyndelsen af ​​dette felt. Den ene var den omrejsende lejr, som hævder, at begge tilstande i sidste ende opstår fra omrejsende elektroner. Trods alt, disse materialer er metaller, selvom de kan være dårlige metaller."

Den anden lejr er den lokaliserede lejr, der argumenterer for, at grundlæggende ny fysik opstår-på grund af elektron-elektron-interaktioner-på det kritiske punkt, hvor materialerne overgår fra den ene fase til den anden.

Dai sagde, at målinger på Songs nye materiale understøtter den lokaliserede teori. I særdeleshed, det nye materiale er det første medlem af en klasse af jernbaserede superledere kaldet pnictides (udtales NIK-tidevand), der kan indstilles mellem to konkurrerende faser:den superledende fase, hvor elektroner flyder uden modstand, og en "Mott -isolerende" fase, hvor elektroner låses på plads og slet ikke flyder.

"Opdagelsen, som Yu Song gjorde, er, at dette materiale er mere korreleret, hvilket er tydeligt på grund af Mott -isoleringsfasen, "Dai sagde." Det er første gang, nogen har rapporteret en jernbaseret superleder, der kontinuerligt kan indstilles fra superledende fase til Mott-isoleringsfasen. "

Der blev taget prøver, og nogle test blev udført ved RCQM. Yderligere tests blev udført på Chalk River Laboratories 'Canadian Neutron Beam Center i Ontario, National Institute for Standards and Technology's Center for Neutron Research i Maryland, Brookhaven National Laboratory i New York, Oak Ridge National Laboratory's High Flux Isotope Reactor i Tennessee og Paul Scherrer Institute's Advanced Resonant Spectroscopies beamline i Schweiz.

"I avisen, vi viste, at hvis interaktionen var svag, så ville selv udskiftning af 50 procent af jernet med kobber stadig ikke være tilstrækkeligt til at producere den isolerende tilstand, "Si sagde." Det faktum, at det er lykkedes vores eksperimentelle at gøre systemet til at være Mott-isolerende, giver derfor direkte bevis for stærke elektron-elektron-interaktioner i jernpnictider. Det er et vigtigt skridt fremad, fordi det tyder på, at superledning bør bindes op med disse stærke elektronkorrelationer. "