Frustration forklarer forskelle i superledning i molekylære ledere og kopater

En signifikant forskel mellem superledningen i to vigtige ukonventionelle superledende systemer er fundet af tre teoretiske fysikere på RIKEN. Dette fund giver fysikere værdifulde spor til at få en bedre forståelse af, hvordan superledning fungerer i disse systemer.

Den modstandsfri strøm af elektricitet, eller superledning, kan stort set opdeles i to kategorier:konventionel og ukonventionel. Mekanismen for konventionel superledning har været kendt i over 60 år, der henviser til, at mekanismen for ukonventionel superledelse endnu ikke er fuldstændig opklaret. Etablering af, hvordan superledelse fungerer i ukonventionelle superledere, ville være et stort skridt i retning af at nå det længe ønskede mål om at realisere supraledelse ved stuetemperatur.

Ukonventionel superledning forekommer i forskellige materialer. De mest kendte er kobberoxider kaldet cuprates, som superleder ved relativt høje temperaturer. Nogle få molekylære ledere - organiske forbindelser, der leder elektricitet - udviser også ukonventionel superledning. Fysikere har diskuteret, om superledningen i cuprates og molekylære ledere stammer fra lignende mekanismer.

"Superledningsmekanismerne i cuprates og molekylære ledere er under debat, "bemærker chefforsker Seiji Yunoki." De to systemer har mange ligheder, men også nogle forskelle. "

Nu, Yunoki og Hiroshi Watanabe fra RIKEN Computational Condensed Matter Physics Laboratory og Hitoshi Seo fra RIKEN Condensed Matter Theory Laboratory har teoretisk beregnet de elektroniske egenskaber for en molekylær leder baseret på den svovlholdige organiske forbindelse bis (ethylenedithio) tetrathiafulvalene (BEDT-TTF) .

I særdeleshed, de undersøgte, hvordan tilføjelse af elektroner til det påvirker dets elektroniske egenskaber. Trioen undersøgte også, hvad der sker, når elektroner fjernes, hvilket svarer til tilføjelse af 'huller' - huller i molekylstrukturen, der mangler elektroner. De opdagede, at der er to forskellige former for superledning, der har forskellige symmetrier - den ene foretrækkes, når elektroner tilføjes, mens den anden favoriseres, når der tilføjes huller.

Denne teoretiske forudsigelse er for nylig blevet bredt bekræftet af et eksperimentelt studie foretaget af et team af eksperimenter på RIKEN.

Dette adskiller sig fra, hvad der sker i cuprates. Forskerne tilskriver denne forskel til det faktum, at molekylærlederens krystalstruktur er sådan, at forskellige tilstande konkurrerer energisk. Som resultat, de skifter mellem hinanden, når der er subtile ændringer i parametre. Dette fænomen er kendt som geometrisk frustration.

"Vores simulering indikerer, at superledningsmekanismen i vores system er anderledes i strengeste forstand, fordi den har geometrisk frustration, der henviser til, at der ikke er nogen frustration i cuprates, "siger Watanabe.

Teamet agter nu at undersøge, hvad der sker med deres molekylære leder ved højere temperaturer.