Undersøgelse undersøger forbedringer i superledningen af ​​elektroniske nematiske systemer

Højtemperatur superledere, materialer, der bliver superledende ved usædvanligt høje temperaturer, er nøglekomponenter i en række forskellige teknologiske værktøjer, herunder MR -maskiner og partikelacceleratorer. For nylig, fysikere har observeret, at de to familier af kendte højtemperatur-superledere-kobber- og jernbaserede forbindelser-begge udviser et unikt fænomen, hvor elektroniske frihedsgrader kan bryde den samlede krystalrotationssymmetri og danne det, der er kendt som den elektroniske nematiske fase .

Ligner den flydende krystalfase, elektronernes spontane brud af symmetrier er forståelig, bortset fra det faktum, at elektroner ikke er molekyler med uregelmæssige former. Ud over, elektroner har en tendens til at være involveret i andre egenskaber såsom magnetisme, så at forstå rollen som "nematicitet" kan være ret udfordrende, da det ofte findes i sameksistens med andre ordener som magnetisme.

Fysikere ved University of Maryland og University of Illinois-Urbana Champaign, i samarbejde med teoretikere ved University of Minnesota, har for nylig gennemført en undersøgelse, der har til formål at bedre forstå den elektroniske nematiske fase i forskellige højtemperatur-superledere. Deres papir, udgivet i Naturfysik , er baseret på ideer og observationer, som de samlede over flere års forskning.

Det samme team af forskere begyndte at undersøge jernbaserede superledere for cirka 10 år siden. De har siden udgivet adskillige artikler med fokus specifikt på den elektroniske nematiske fase.

"Nogle jern -superledere med det samme krystalstrukturarrangement som Ba _{1− x} Sr _x Ni ₂ Som ₂ er kendt for at 'kollapse' ved lave temperaturer, "Dr. Johnpierre Paglione, undersøgelsens hovedforsker, fortalte Phys.org. "Forundret over denne observation, vi begyndte at lede efter den samme kollapsende effekt i det nikkelbaserede system ved at studere dets krystalstruktur ved lave temperaturer. Mens du gør dette, vi opdagede, at der sker en helt anden faseovergang, kaldet gebyrbestilling. "

I deres seneste undersøgelse, forskerne satte sig for at afgøre, om ladningsordren, som de tidligere havde observeret i nikkelbaserede superledere, også ledsages af den nematiske fase. De studerede specifikt materialet Ba _{1− x} Sr _x Ni ₂ Som ₂ , som har en struktur, der ligner den for jernbaserede superledere.

"Vi vidste, at BaNi i begge 'slutmedlemsforbindelser' ₂ Som ₂ og SrNi ₂ Som ₂ , superledelse findes ved meget lave temperaturer (under 1 Kelvin), og vi var meget fascinerede af, at det virkede meget ens i begge systemer, selvom BaNi ₂ Som ₂ har alt denne skøre fysik sket og SrNi ₂ Som ₂ er dybest set en citron, "Forklarede Paglione." Vi gik derfor i gang med at lave legeringer af de to, blande barium og strontium på en systematisk måde for at gå fra den ene ende til den anden på en kontinuerlig måde. "

Interessant nok, Paglione og hans kolleger observerede, at når deres legeringer var et sted mellem barium- og strontiumforbindelserne (på omkring 70%Sr), blev deres ladningsordre fuldstændig dræbt (dvs. undertrykt til absolut nul temperatur), mens deres nematiske fluktuationssignaturer forblev stærke. De fandt også, at på toppen af ​​disse udsving blev materialets superledningsevne forstærket med en faktor på seks (dvs. overgangstemperaturen blev pumpet op fra 0,6 K til 3,5 K).

Denne observation er vanskelig at forklare ved hjælp af konventionelle teorier og om superledelse og andre tilgange. De konkluderede således, at det måtte være et resultat af nematiske udsving.

"Vores undersøgelse har vigtige konsekvenser, fordi vi kender tuningsknappen til at gøre dette, og der er ingen irriterende magnetisme, der komplicerer den teoretiske fortolkning, så vores fortolkning giver en vej mod finjustering af materialer for at få superledelse ved høj temperatur, "Dr. Paglione sagde.

Samlet set, Paglione og hans kolleger observerede et direkte forhold mellem forbedret parring og nematiske udsving i det modelsystem, de undersøgte. I fremtiden, den indsigt, der er indsamlet i deres undersøgelse, kan informere fremtidige undersøgelser, der undersøger nematicitetens rolle i at styrke superledning.

"Vi fokuserer i øjeblikket på den varme zone omkring 70%Sr for at se, hvor fint vi kan justere ting ved hjælp af andre knapper i laboratoriet, såsom tryk og belastning, "Dr. Paglione sagde." Samtidig søger vi efter andre materialer, der viser lignende egenskaber og derfor kan være kunstigt afstemt til også at blive superledere, forhåbentlig nær stuetemperatur. "

© 2020 Science X Network