Akustiske plasmoner findes i huldopede cuprate superledere

Tilstedeværelsen af ​​akustiske plasmoner i p-type (huldopede) cuprate superledere er nu blevet bekræftet af Dr. Ke-Jin Zhou og hans team ved hjælp af højopløselige RIXS (Resonant Inelastic X-ray Scattering), ved Diamond Light Source's I21 -stråle. Denne opdagelse beskrevet i deres nyligt offentliggjorte papir i Fysisk gennemgangsbreve åbner nye muligheder for at studere og forstå disse kollektive ladnings -excitationer og deres rolle i superledelse. Dette kan gøre det muligt at designe superledere med meget høj temperatur, som egner sig til praktiske anvendelser såsom højeffektiv energioverførsel.

Cuprate superledere er en familie af keramiske forbindelser, hvor isolerende blokke er klemt mellem lag af kobber og oxygenatomer. Når dopet med passende atomer, disse materialer bliver superledere, det er, elektrisk modstand falder til nul under kritiske temperaturer. Forskere stræber konstant efter at designe superledere, der kan fungere ved stuetemperatur. Imidlertid, dette kræver en mere fuldstændig forståelse af, hvordan dopede ladninger opfører sig kollektivt.

Principal Beamline Scientist hos Diamond, og hovedforsker, Dr. Ke-Jin Zhou forklarer, at i 2018 forskere ved Stanford University ved hjælp af RIXS på European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), endelig fik et gennembrud og opdagede akustiske plasmoner, en form for kollektiv afgift excitationer, i en n-type (elektron-dopet) cuprate superleder ¹ . På grund af dens ladningsfølsomhed, RIXS er det perfekte værktøj til at studere kollektiv ladningsadfærd. Det giver et meget mere komplet billede end (for eksempel) uelastisk neutronspredning, optisk Ramanspredning eller elektronenergitabspektroskopi. Stanford-forskerne undersøgte det elektron-dopede cuprat LCCO (lanthanum cerium kobberoxid), ved hjælp af Cu L ₃ -RIXS, som fokuserer på kobberatomerne.

Brug af RIXS på Diamond, i 2020, teamet bekræftede tilstedeværelsen af ​​akustiske plasmoner i p-type huldopede cuprate superledere, og at de primært er forbundet med iltatomerne. "Det er bemærkelsesværdige resultater. Det ser ud til, at de excitationer af kollektive ladninger har stærk præference i rummet, på trods af at ladningerne forbundet med Cu- og O -atomer er stærkt hybridiseret med hinanden. At forstå dette kan hjælpe os med at afklare grundtilstanden for cuprate superledere, "siger hovedforfatter Dr. Abhishek Nag.

Der er ikke mange n-type kopere, og de har relativt lave kritiske temperaturer. Det betyder, at de tilbyder begrænsede muligheder for forskere, der ønsker at undersøge, hvordan denne kollektive adfærd ændrer sig med temperaturen. Der er et større antal p-type (huldopede) cuprater, og de har generelt højere overgangstemperaturer. At finde akustiske plasmoner i cuprates af p-typen tydeliggør deres universelle tilstedeværelse, uanset tegn på de dopede ladninger i supre superledere, og også åbne nye veje til forskning.

Undersøgelsen er ikke begrænset til cuprates. RIXS kunne også kaste lys over plasmonadfærd i andre lagdelte superledere, herunder jern-pnictider og de nyligt fundne nikkel-superledere.

"Formålet med denne forskning er at forbedre vores grundlæggende forståelse af den mekanisme, hvormed superledning opstår. Da vi nu ved, at akustiske plasmoner er til stede i både n- og p-type cuprates superledere, og de specifikke ruter til at studere dem i hver type, vi kan fokusere på at finde ud af, om de spiller nogen rolle i superledning. Dette kan, på tur, gøre det muligt at designe superledere med meget høj temperatur, der egner sig til praktiske anvendelser såsom højeffektiv energioverførsel, "tilføjer Dr. Ke-Jin Zhou.

Teamet siger, at det rapporterede arbejde blot markerer begyndelsen på plasmonforskningen i superledere. De planlægger at fortsætte med at bruge RIXS til at udforske akustiske plasmoner i cuprate superledere, undersøge forskellige materialer, og forskellige niveauer af doping, ved et temperaturområde over og under den kritiske temperatur.

Undersøgelsen beskriver, hvordan de demonstrerede eksistensen af ​​stærkt dispergerende lavfrekvente akustiske plasmoner i et omfattende O K -RIXS undersøgelse af to repræsentative p-type cuprate materialer:La _1,84 Sr _0,16 CuO ₄ (LSCO) og Bi ₂ Sr _1.6 La _0,4 CuO ₆₊₈ (Bi2201). Deres resultater viser, at arten af ​​akustiske plasmoner er ens på tværs af kuprater med forskellige typer dopede ladninger.

Papiret kaldet "Arten af ​​plasmon-excitationer i huldopede cuprat-superledere" er offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .