Indblik i atomstrukturen i næste generations superledere

Neutrondiffraktion på Australian Center for Neutron Scattering har tydeliggjort fraværet af magnetisk orden og klassificeret superledningen til en ny næste generations superledere i et papir, der blev offentliggjort i Europhysics Letters .

Det jernbaserede nitrid, ThFeAsN, som indeholder Th ₂ N ₂ og FeAs ₂ lag, har været af betydelig interesse, fordi ukonventionel superledning forekommer ved en temperatur på 30 K. Dette materiale var af særlig interesse, da superledningsevnen sås at opstå uden oxygendoping.

En stor gruppe af overvejende kinesiske forskere, ledet af prof Huiqian Luo fra Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics indsamlede diffraktionsmålinger på højintensitetsdiffraktometeret WOMBAT, assisteret af instrumentforskere Dr. Helen Maynard-Casely og Dr. Guochu Deng baseret på Australian Center for Neutron Scattering. Dette gjorde det muligt for dem at bestemme krystalstrukturen af ​​forbindelsen over et stort temperaturområde.

I lignende materialetyper, begyndelsen af ​​en superledende tilstand menes at være forbundet med magnetisk orden i krystalstrukturen. Tidligere målinger havde ikke vist nogen magnetisk orden i ThFeAsN-materialet, og derfor var denne neutronundersøgelse en mulighed for at bekræfte dette og søge efter andre strukturelle indsigter i materialets egenskaber.

Manglen på magnetisk orden blev bekræftet, fordi der ikke blev fundet nogen forskel mellem datasættene ved 6 K og 40 K. Alle de observerede refleksioner kunne identificeres som opstået fra atomstrukturen fra 6K op til 300K - ingen magnetiske refleksioner var identificeret.

Diffraktionsmønstre over temperaturområdet fra 300 K til 6 K indikerede også, at der ikke var nogen strukturel faseovergang fra tetragonal til orthorhombisk i krystalgitteret.

Undersøgerne rapporterede, at gitterparametrene løbende steg med temperaturen på grund af termisk ekspansion og en svag forvrængning i tetraeder muligvis fandt sted ved 160 K. Detaljer fra strukturen peger på denne forvrængning, der kommer fra FeA'erne ₂ lag.

Det tætte forhold mellem den lokale struktur af FeAs4-tetraederet og den superledende temperatur, foreslået, at TheFeAsN er i en næsten optimeret superledende tilstand.

Dette er forskelligt fra mange andre opdagede superledende materialer, som kræver tweaks i deres kemi for at producere den højeste kritiske temperatur.

Forfatterne formodede også, at den tætte afstand af Fe-As ville favorisere elektronhop, reduktion af elektronkorrelationer og orbital orden, derved give en rimelig forklaring på fraværet af magnetisk orden, strukturel overgang og resistivitetsanomali.

Bæretæthedsmålinger indikerede, at ThFeAsN allerede kunne være dopet af elektroner, som sandsynligvis indføres ved N -mangel eller O -belægning eller den reducerede valens af nitrogen. Selvdopingeffekten kan være ansvarlig for superledning og undertrykkelse af magnetisk orden.