Opdagelse af feltinduceret par-densitet-bølgetilstand i høj temperatur superledere

Superledere er kvantematerialer, der er perfekte sendere af elektricitet og elektronisk information. Selvom de danner det teknologiske grundlag for solid-state quantum computing, de er også dens vigtigste begrænsende faktor, fordi konventionelle superledere kun arbejder ved temperaturer nær -270 ° C. Dette har motiveret et verdensomspændende løb til at forsøge at opdage superledere med højere temperatur. Materialer indeholdende CuO ₂ krystallag (kopater) er, i øjeblikket, den bedste kandidat til den højeste temperatur superledning, kører ved cirka -120 ° C. Men supraledning ved stuetemperatur i disse forbindelser ser ud til at være frustreret over eksistensen af ​​en konkurrerende elektronisk fase, og fokus har for nylig været på at identificere og kontrollere den mystiske anden fase.

Superledelse opstår, når elektroner danner par med modsat spin og modsat momentum, og disse "Cooper -par" kondenserer til en homogen elektronisk væske. Imidlertid, teorien tillader også muligheden for, at disse elektronpar krystalliserer til en "pardensitetsbølge" (PDW) -tilstand, hvor tætheden af ​​par moduleres periodisk i rummet. Der er opstået en intens teoretisk interesse for, om sådan en PDW er den konkurrerende fase i cuprates.

For at søge efter bevis for en sådan PDW -tilstand, et team ledet af prof. JC Seamus Davis (University of Oxford) og prof. Andrew P. Mackenzie (Max Planck Institute CPfS, Dresden) med centrale samarbejdspartnere Dr. Stephen D. Edkins og Dr. Mohammad Hamidian (Cornell University) og Dr. Kazuhiro Fujita (Brookhaven National Lab.), brugte høje magnetfelter til at undertrykke den homogene supraledning i cuprate superlederen Bi ₂ Sr ₂ Ca ₂ CuO ₂ . De udførte derefter atomskala visualisering af den elektroniske struktur i den nye feltinducerede fase. Under disse omstændigheder, modulationer i tætheden af ​​elektroniske tilstande indeholdende flere signaturer af en PDW -tilstand blev opdaget. Fænomenerne er i detaljeret overensstemmelse med teoretiske forudsigelser for en feltinduceret PDW-tilstand, hvilket indebærer, at det er en pardensitetsbølge, der konkurrerer med superledning i cuprates.

Denne opdagelse gør det klart, at for at forstå mekanismen bag kupernes gådefulde høj temperatur superledning, denne eksotiske PDW -tilstand skal tages i betragtning, og åbner derfor en ny grænse inden for cuprate research.