Forskere sporer den ultrahurtige fremkomst af superledning

UBC-forskere har fanget et hidtil uset glimt af fødslen af ​​højtemperatur-superledning i cuprates, afgøre en videnskabelig debat og afdække nye veje til at udforske potentialet i andre ukonventionelle superledere.

Til denne undersøgelse, forskere undersøgte cuprate ukonventionelle superledere, materialer, der begynder at gå over til superledning ved en rekordhøj temperatur på omkring -170 C. De fleste konventionelle superledere kræver meget lave temperaturer omkring det absolutte nulpunkt eller -273 C. Superledere udviser forbløffende fysiske egenskaber – såsom magnetisk levitation eller tabsfri krafttransmission – der kunne føre til nye teknologier.

Forskere har længe diskuteret nøgleingrediensen, der gør det muligt for cupraterne at blive superledende ved høje temperaturer:Opstår superledning, når elektroner binder sammen i par, kendt som Cooper-par, eller når disse par etablerer makroskopisk fasekohærens?

Forskere ved UBC's Stewart Blusson Quantum Matter Institute (SBQMI) brugte en state-of-the-art, ultrahurtig laser finansieret af Gordon and Betty Moore Foundation for at besvare spørgsmålet.

Forskningen indikerer, at tilstedeværelsen af ​​en attraktiv "lim", binder elektroner i par, er nødvendig, men ikke tilstrækkelig til at stabilisere den superledende tilstand. Hellere, Cooper-parrene skal opføre sig sammenhængende som helhed for at etablere en kommunikationslinje, med en enkelt makroskopisk kvantefase.

"I store træk, du kan forestille dig fasekohærens svarende til et stort ensemble af pile, der alle er justeret i samme retning, " sagde Fabio Boschini, hovedforfatter af undersøgelsen og en postdoc ved SBQMI. "Når Cooper parrer, skitseret som pile, pege i tilfældige retninger, fasekohærens går tabt."

Fasekohærensen fremkommer på en tidsskala på få hundrede femtosekunder (et femtosekund er lig med en kvadrilliontedel af et sekund). Udnyttelse af de pulserende laserkilder og faciliteter på SBQMIs nye UBC-Moore Center for Ultrafast Quantum Matter, forskere etablerede en ny efterforskningsteknik til at "se", hvad der sker med materialets elektroner i disse ultrahurtige tidsskalaer. Indsatsen afslørede nøglerollen af ​​fasekohærens i at drive overgangen til den superledende tilstand af kobberoxider.

"Takket være meget nyere fremskridt inden for pulserende laserkilder er vi kun lige begyndt at visualisere de dynamiske egenskaber af kvantematerialer, " sagde Andrea Damascelli, leder af forskerholdet og den videnskabelige leder af SBQMI. "Ved at anvende disse banebrydende teknikker, vores forskerhold har til formål at afsløre de uhåndgribelige mysterier om højtemperatur-superledning og andre fascinerende fænomener af kvantestof."

Undersøgelsen blev offentliggjort i Naturmaterialer .