Ser på lys for at udforske superledning i bor-diamant-film

For mere end ti år siden, forskere opdagede, at når de tilføjede bor til kulstofstrukturen af ​​diamant, kombinationen var superledende. Siden da, stigende interesse er blevet genereret for at forstå disse superledende egenskaber.

Med denne interesse, en forskningsgruppe i Indien fokuserede på en Fano-resonans i en stærkt boron-doteret diamant (BDD), der involverer diamantens vibrationstilstand. Forskerne, fra Indian Institute of Technology Madras, rapporter deres resultater i denne uge Anvendt fysik bogstaver .

Ved undersøgelse af vibrationsegenskaberne af BDD-film, forskerne brugte Raman-spredning og præsenterede en omfattende analyse af Fano-effekten som funktion af borkoncentrationen og excitationsfrekvensen, der blev brugt i Raman-målingen.

Fano effekt

Fano-resonansen i en diamant kan ses i Raman-spredning, som er en resonansspredning af lys, der involverer en indfaldende foton, der interagerer med en vibrationstilstand af diamanten og i processen skifter fotonenergien, og derfor dens frekvens, op eller ned af energien fra vibrationstilstanden. Interferens mellem spredning fra en diskret overgang som zonecentrets vibrationstilstand i diamant, og det fra en kontinuumbaggrund som følge af det borinducerede urenhedsbånd, producerer et asymmetrisk formet signal kendt som Fano-resonans.

"Fano-parameterisering er et velgennemtænkt eksperiment af os for at forstå karakteren af ​​urenhedsbåndudvikling med boron-doping, der fører til superledning i diamant, " sagde Ramachandra Rao, medforfatter til papiret. "Vores mål var at opnå en dybere forståelse af lysets interaktion med urenhedsbåndet ved at variere borkoncentrationerne i diamantfilm og også ved at bruge forskellige laserexcitationer."

"En stigning i borkoncentrationer øger urenhedsbåndbredden, " sagde Dinesh Kumar, avisens første forfatter. "Fano-resonansen er følsom over for ændringer i urenhedsbåndbredden forårsaget af den øgede borkoncentration i BDD."

Gruppen så nøje på interaktionen, systematisk at studere stærkt dopede prøver i de halvledende og superledende regimer ved hjælp af ultraviolette og synlige bølgelængder af laserexcitationskilderne til Raman-målingen.

Den asymmetriske Fano-linjeform afslørede, at faseforskydningen i diamant undergår en bemærkelsesværdig ændring, der kan indstilles enten af ​​urenhedsbåndbredden eller af spredningsfrekvensen.

At nå en højere temperatur

Forskerne ønskede også at få en bedre forståelse af sammenhængen mellem doping og superledning for at lære, hvordan den superledende overgangstemperatur i BDD kan øges.

Superledere giver ingen elektrisk modstand mod strømmen. For at nå denne tilstand, imidlertid, materialerne skal typisk være i ekstremt kolde temperaturer, tæt på det absolutte nul. I løbet af de sidste 10 år er den superledende overgangstemperatur i diamant steget og er nu tæt på 10 kelvin (eller omkring -263 grader Celsius). Dette er meget mindre end den teoretisk forudsagte værdi på 55 K.

Mens 55 K stadig er for lavt til praktiske applikationer, at forstå, hvorfor BDD's overgangstemperatur er så langt under den teoretiske grænse, kan give indsigt i, hvordan man kan forbedre overgangstemperaturerne for andre superledere. Forøgelse af temperaturen i BDD er fortsat et problem i dopingprocessen, hvor forskerne utilsigtet beskadiger strukturen af ​​diamantgitteret.

"På grund af kraftig boron-doping, diamantgitteret gennemgår en kompleks transformation, hvilket resulterer i en stigning i uorden i systemet, hvilket er skadeligt for de superledende egenskaber. Vi har udforsket dette problem grundigt ved at justere borkoncentrationen i denne undersøgelse, " sagde Rao.