Superkonduktivitetsforskning afslører potentiel ny tilstand

En potentiel ny tilstand er rapporteret i tidsskriftet Natur , med forskning, der viser, at blandt superledende materialer i høje magnetiske felter, fænomenet elektronisk symmetribrud er almindeligt. Evnen til at finde ligheder og forskelle mellem materialeklasser med fænomener som dette hjælper forskere med at etablere de væsentlige ingredienser, der forårsager nye funktionaliteter såsom superledning.

Den højmagnetiske felttilstand af den tunge fermionsuperleder CeRhIn5 afslørede en såkaldt elektronisk nematisk tilstand, hvor materialets elektroner justeres på en måde for at reducere symmetrien i den originale krystal, noget, der nu ser ud til at være universelt blandt ukonventionelle superledere. Ukonventionel superledelse udvikler sig nær en fasegrænse, der adskiller magnetisk ordnede og magnetisk forstyrrede faser af et materiale.

"Udseendet af den elektroniske justering, kaldet nematisk adfærd, i en prototypisk tung-fermion superleder fremhæver sammenhængen mellem nematicitet og ukonventionel superledning, tyder på, at nematicitet er almindelig blandt korrelerede superledende materialer, "sagde Filip Ronning fra Los Alamos National Laboratory, hovedforfatter på papiret. Tunge fermioner er intermetalliske forbindelser, indeholder sjældne jordarter eller actinidelementer.

"Disse tunge fermionmaterialer har et andet hierarki af energiskalaer, end man finder i overgangsmetal og organiske materialer, men de har ofte lignende komplekse og sammenflettede fysiske koblingsspin, ladnings- og gitterfrihedsgrader, " han sagde.

Arbejdet blev rapporteret i Natur af personale fra Los Alamos Condensed Matter and Magnet Science -gruppen og samarbejdspartnere.

Ved hjælp af transportmålinger nær det feltstemte kvantekritiske punkt for CeRhIn5 ved 50 Tesla, forskerne observerede en svingende nematisk-lignende tilstand. En nematisk tilstand er mest kendt i flydende krystaller, hvor væskens molekyler er parallelle, men ikke arrangeret i et periodisk array. Nematisk-lignende tilstande er blevet observeret i overgangsmetalsystemer nær magnetiske og superledende faseovergange. Forekomsten af ​​denne egenskab peger på nematicitetens korrelation med ukonventionel superledning. Forskellen, imidlertid, af den nye nematiske tilstand, der findes i CeRhIn5 i forhold til andre systemer, er, at den let kan roteres af magnetfeltretningen.

Brugen af ​​National High Magnetic Field Laboratorys pulsfeltmagnetfacilitet i Los Alamos var afgørende, Ronning bemærkede, på grund af de store magnetfelter, der kræves for at få adgang til denne tilstand. Ud over, et andet væsentligt bidrag var fremstillingen af ​​enheder i mikronstørrelse ved hjælp af fokuseret ionstrålefræsning udført i Tyskland, hvilket muliggjorde transportmålinger i store magnetfelter.

Superledelse bruges i vid udstrækning i magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) og i partikelacceleratorer, magnetiske fusionsenheder, og RF- og mikrobølgefiltre, blandt andre anvendelser.