Modificerede nikkelatmaterialer kan forbedre forståelsen af ​​høj temperatur superledning

Jagten på superledere ved høj temperatur kunne hjælpes af beregninger fra RIKEN-fysikere, der har afsløret elektroners adfærd i et nikkeloxidmateriale.

Superledere kan bære en elektrisk strøm uden modstand, og bruges til at lave kraftfulde elektromagneter eller følsomme instrumenter til måling af magnetfelter.

Konventionel superledningsevne afhænger af en form for elektronparring, der kun forekommer ved ekstremt lave temperaturer, så superledende enheder skal afkøles med dyre flydende gasser. Men for cirka 30 år siden, forskere opdagede, at nogle cuprate -materialer kunne blive superledere ved relativt varme temperaturer, op til -140 grader Celsius. Den bagvedliggende årsag til denne høj temperatur superledningsevne er stadig ikke forstået.

I 2019, forskere fandt ud af, at et strontium-dopet neodym-nikkeloxid (Nd _0,8 Sr _0,2 NiO ₂ ) kunne superleder under −258 grader Celsius. Opdagelsen vakte opmærksomhed ikke på grund af temperaturen, men fordi dette nikkelmateriale har en krystalstruktur, der meget ligner kopraterne, og kan tjene som en test-seng for bedre at forstå, hvordan superledning fungerer i disse materialer.

Nikkelatmaterialet består af skiftevis lag af Nd og NiO ₂ . Yusuke Nomura ved RIKEN Center for Emergent Matter Science og kolleger har nu undersøgt, hvordan interaktionerne mellem visse elektroner i disse to lag kan påvirke superledningen.

Holdets beregninger viste, at elektronerne i NiO ₂ lag interagerer stærkt med hinanden, hvilket ligner cuprates hvor den stærke korrelation i CuO ₂ lag menes at spille en nøglerolle i deres høj temperatur superledning. Imidlertid, der er en forskel mellem nickelaterne og cupraterne:i nickelaterne, elektroner i neodymiumlaget er delvist optaget og danner Fermi -lommen, et relativt lille område i Brillouin -zonen omgivet af Fermi -overfladen. Disse lommer vises ikke i cuprates, hvilket kan gøre nickelatmaterialet til en ufuldkommen analog for cuprates.

Nomuras team brugte beregningsmodeller til at undersøge, om lommerne kunne elimineres ved at finjustere materialets kemiske sammensætning og dermed skabe et nikkel, der passer bedre til koperne. De fandt ud af, at to forbindelser kunne passe til regningen:natriumneodym -nikkeloxid (NaNd ₂ NiO ₄ ) og natriumcalcium nikkeloxid (NaCa ₂ NiO ₃ ). "Hvis de foreslåede nikkelater syntetiseres, de vil være ægte nikkelanaloger af cuprate superledere, "Noterer Nomura.

"Det næste trin er at tydeliggøre forskellen og ligheden mellem nikkelaterne og kopaterne på en mere systematisk måde, og få dybere indsigt i den superledende mekanisme i begge systemer, "tilføjer han.