Første detaljerede elektroniske undersøgelse af ny nikkelatsuperleder

Opdagelsen sidste år af det første nikkeloxidmateriale, der viser tydelige tegn på supraledelse, satte gang i et løb af forskere rundt om i verden for at finde ud af mere. Materialets krystalstruktur ligner kobberoxider, eller cuprates, som holder verdensrekorden i at lede elektricitet uden tab ved relativt høje temperaturer og normale tryk. Men opfører dens elektroner sig på samme måde?

Svarene kunne hjælpe med at fremme syntesen af ​​nye ukonventionelle superledere og deres anvendelse til kraftoverførsel, transport og andre applikationer, og også kaste lys over, hvordan cuprates fungerer - hvilket stadig er et mysterium efter mere end 30 års forskning.

I et papir, der blev offentliggjort i dag i Naturmaterialer , et team ledet af forskere ved Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory og Stanford University rapporterer den første detaljerede undersøgelse af den elektroniske struktur af superledende nikkeloxider, eller nikkelater. Forskerne brugte to teknikker, resonant uelastisk røntgenspredning (RIXS) og røntgenabsorptionsspektroskopi (XAS), at få det første komplette billede af nikkelaternes elektroniske struktur - dybest set arrangementet og opførselen af ​​deres elektroner, som bestemmer et materiales egenskaber.

Både cuprater og nikkelater kommer i tynde, todimensionelle ark, der er lagdelt med andre elementer, såsom sjældne jordarters ioner. Disse tynde plader bliver superledende, når de afkøles til under en bestemt temperatur, og tætheden af ​​deres fritflydende elektroner justeres i en proces kendt som "doping".

Cuprater er isolatorer i deres prædopede "jordtilstande", hvilket betyder, at deres elektroner ikke er mobile. Efter doping kan elektronerne bevæge sig frit, men de er for det meste begrænset til cupratlagene, sjældent rejser gennem de mellemliggende sjældne jordarters lag for at nå deres cuprate-naboer.

Men i nikkelaterne, holdet opdagede, dette er ikke tilfældet. Den udopede forbindelse er et metal med frit strømmende elektroner. Desuden, de mellemliggende lag bidrager faktisk med elektroner til nikkelatpladerne, skabe en tredimensionel metallisk tilstand, der er helt anderledes end hvad der ses i cuprates.

Dette er en helt ny type jordtilstand for overgangsmetaloxider, såsom cuprater og nikkelater, sagde forskerne. Det åbner nye retninger for eksperimenter og teoretiske undersøgelser af, hvordan superledning opstår, og hvordan den kan optimeres i dette system og muligvis i andre forbindelser.