Fysikere finder spor til oprindelsen til høj temperatur superledningsevne

Lige siden cuprate (kobberholdige) superledere først blev opdaget i 1986, de har i høj grad undret forskere. Cuprate superledere har kritiske superledende temperaturer - det punkt, hvor deres elektriske modstand falder til nul - på op til 138 K ved omgivelsestryk, som langt overstiger de kritiske temperaturer for andre superledere og er endda højere end hvad man tror er muligt baseret på teori.

Nu i en ny undersøgelse, forskere har opdaget eksistensen af ​​en positiv tilbagekoblingssløjfe, der glædeligt forbedrer supraledelse af kuprater og kan kaste lys over oprindelsen til høj temperatur cuprat supraledelse-betragtes som et af de vigtigste åbne spørgsmål i fysik.

Forskerne, Haoxiang Li et al., ved University of Colorado i Boulder og École Polytechnique Fédérale de Lausanne, har offentliggjort et papir om deres eksperimentelle ARPES (Angle Resolved Photoemission Spectroscopy) resultater om høj temperatur cuprate superledere i et nylig nummer af Naturkommunikation .

Som forskerne forklarer, den positive feedback-mekanisme skyldes, at elektronerne i den ikke-superledende kopratilstand er korreleret anderledes end i de fleste andre systemer, herunder i konventionelle superledere, som har stærkt sammenhængende elektronkorrelationer. I modsætning, cuprates i deres ikke-superledende tilstand har stærkt usammenhængende "mærkeligt metal" -korrelationer, som i det mindste delvist fjernes eller svækkes, når koperne bliver superledende.

På grund af disse usammenhængende elektronkorrelationer, det har været udbredt opfattelse, at den ramme, der beskriver konventionel superledning - som er baseret på forestillingen om kvasepartikler - ikke præcist kan beskrive cuprate superledninger. Faktisk, nogle undersøgelser har antydet, at cuprate superledere har så usædvanlige elektroniske egenskaber, at selv forsøg på at beskrive dem med forestillingen om partikler af nogen art bliver ubrugelig.

Dette fører til spørgsmålet om, hvilken rolle, hvis nogen, spiller de underlige metalkorrelationer i høj temperatur cuprate superledning?

Hovedresultatet af det nye papir er, at disse korrelationer ikke bare forsvinder i den superlederledende tilstand, men i stedet blive konverteret til sammenhængende korrelationer, der fører til en forbedring af den superledende elektronparring. Denne proces resulterer i en positiv feedback loop, hvor konverteringen af ​​de usammenhængende fremmedmetalkorrelationer til en sammenhængende tilstand øger antallet af superledende elektronpar, hvilket igen fører til mere konvertering, og så videre.

Forskerne fandt ud af, at på grund af denne positive feedback -mekanisme, styrken af ​​de sammenhængende elektronkorrelationer i den superledende tilstand er uden fortilfælde, meget større end hvad der er muligt for konventionelle superledere. En så stærk elektroninteraktion åbner også mulighed for, at der kan opstå cuprat superledningsevne på grund af en helt utraditionel parringsmekanisme - en rent elektronisk parringsmekanisme, der udelukkende kan opstå på grund af kvantesvingninger.

"Vi opdager eksperimentelt, at de usammenhængende elektronkorrelationer i den underlige metal 'normale tilstand' omdannes til sammenhængende korrelationer i den superledende tilstand, der hjælper med at styrke superledningen, med en efterfølgende positiv feedback loop, "fortalte medforfatter Dan Dessau ved University of Colorado i Boulder Phys.org . "Sådan en stærk positiv feedback -loop skulle styrke de fleste konventionelle parringsmekanismer, men kunne også give mulighed for en virkelig utraditionel (rent elektronisk) parringsmekanisme."

Overraskende, forskerne fandt også ud af, at de kunne beskrive deres eksperimentelle resultater ved hjælp af en semi-konventionel quasipartikel-lignende tilgang, på trods af at cuprate superledere opfører sig så anderledes end andre materialer.

I fremtiden, forskerne planlægger at undersøge, om denne positive feedback -mekanisme kan integreres i andre materialer, måske fører til nye former for høj temperatur superledere.

"Vi kan lede efter lignende positive feedback -sløjfer i relaterede materialer, og kan også bruge de nyudviklede ARPES-baserede teknikker til at undersøge detaljerne i de elektroniske korrelationer endnu mere detaljeret, "Sagde Li.

© 2018 Phys.org