To fremskridt i forståelsen af ​​ladningsstribers rolle i superledende makker

Højtemperatur superledere, som bærer elektricitet med nul modstand ved meget højere temperaturer end konventionelle superledende materialer, har skabt en masse spænding siden deres opdagelse for mere end 30 år siden på grund af deres potentiale for at revolutionere teknologier såsom maglev-tog og langdistance-kraftledninger. Men forskerne forstår stadig ikke, hvordan de fungerer.

En brik i puslespillet er det faktum, at ladningstæthedsbølger - statiske striber med højere og lavere elektrondensitet, der løber gennem et materiale - er blevet fundet i en af ​​de største familier af højtemperatur-superledere, de kobberbaserede cuprater. Men forbedrer disse ladningsstriber superledningsevnen, undertrykke det eller spille en anden rolle?

I uafhængige undersøgelser, to forskerhold rapporterer om vigtige fremskridt i forståelsen af, hvordan ladningsstriber kan interagere med superledning. Begge undersøgelser blev udført med røntgenstråler på Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory.

Udsøgt detalje

I et papir offentliggjort i dag i Videnskabens fremskridt , forskere fra University of Illinois i Urbana-Champaign (UIUC) brugte SLACs Linac Coherent Light Source (LCLS) røntgenfri elektronlaser til at observere fluktuationer i ladningstæthedsbølger i en cuprate-superleder.

De forstyrrede ladningstæthedsbølgerne med impulser fra en konventionel laser og brugte derefter RIXS, eller resonant uelastisk røntgenspredning, at se bølgerne komme sig over en periode på et par billioner af et sekund. Denne gendannelsesproces opførte sig i overensstemmelse med en universel dynamisk skaleringslov:Den var den samme på alle skalaer, meget som et fraktalt mønster ser ens ud, uanset om du zoomer ind eller ud.

Med LCLS, forskerne var i stand til at måle, for første gang og i udsøgte detaljer, præcis hvor langt og hvor hurtigt ladningstæthedsbølgerne svingede. Til deres overraskelse, holdet opdagede, at udsvingene ikke lignede ringningen af ​​en klokke eller hoppen af ​​en trampolin; i stedet, de var mere som den langsomme spredning af en sirup - en kvanteanalog af flydende krystallers adfærd, som aldrig var set før i et fast stof.

"Vores eksperimenter på LCLS etablerer en ny måde at studere fluktuationer i ladningstæthedsbølger, hvilket kunne føre til en ny forståelse af, hvordan højtemperatur-superledere fungerer, " siger Matteo Mitrano, en postdoc i professor Peter Abbamontes gruppe ved UIUC.

Dette hold inkluderede også forskere fra Stanford University, National Institute of Standards and Technology og Brookhaven National Laboratory.

Skjulte arrangementer

En anden undersøgelse, rapporteret sidste måned i Naturkommunikation , brugte røntgenstråler fra SLAC's Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) til at opdage to typer ladningstæthedsbølgearrangementer, skabe en ny forbindelse mellem disse bølger og høj-temperatur superledning.

Ledet af SLAC-forskeren Jun-Sik Lee, forskerholdet brugte RSXS, eller resonansblød røntgenspredning, at se, hvordan temperaturen påvirkede ladningstæthedsbølgerne i en cuprat-superleder.

"Dette løser et misforhold i data fra tidligere eksperimenter og kortlægger en ny kurs til fuldstændig kortlægning af elektronernes adfærd i disse eksotiske superledende materialer, " siger Lee.

"Jeg tror, ​​at udforskning af nye eller skjulte arrangementer, såvel som deres sammenflettede fænomener, vil bidrage til vores forståelse af høj-temperatur superledning i cuprater, som vil informere forskere i deres søgen efter at designe og udvikle nye superledere, der fungerer ved varmere temperaturer."