Spontane superledende strømme i strontiumruthenat

Superledning er et fuldstændigt tab af elektrisk modstand. Superledere er ikke kun meget gode metaller:de repræsenterer en fundamentalt anderledes elektronisk tilstand. I normale metaller, elektroner bevæger sig individuelt, og de kolliderer med defekter og vibrationer i gitteret. I superledere, elektroner er bundet sammen af ​​en attraktiv kraft, som gør det muligt for dem at bevæge sig sammen på en korreleret måde og undgå defekter.

I et meget lille antal kendte superledere, begyndelsen af ​​superledelse får spontane elektriske strømme til at strømme. Disse strømme er meget forskellige fra dem i en normal metaltråd:de er indbygget i superlederens jordtilstand, og derfor kan de ikke slukkes. For eksempel, i et ark af et superledende materiale, der kan forekomme strømme, der flyder rundt om kanten, som vist på figuren.

Dette er en meget sjælden form for superledning, og det indikerer altid, at det attraktive samspil er noget usædvanligt. Sr ₂ RuO ₄ er et berømt materiale, hvor denne form for superledelse menes at forekomme. Selvom overgangstemperaturen er lav - Sr ₂ RuO ₄ superledninger kun under 1,5 Kelvin - grunden til at den overhovedet superleder er fuldstændig ukendt. At forklare superledningen i dette materiale er blevet en vigtig test af fysikeres forståelse af superledelse generelt. Teoretisk set det er meget svært at opnå spontane strømme i Sr ₂ RuO ₄ fra standardmodeller af superledning, og så hvis de bekræftes, kan en ny model for superledningsevne - en attraktiv kraft, der ikke ses i andre materialer - være påkrævet.

Den måde, hvorpå disse elektriske strømme opdages, er subtil. Subatomiske partikler kendt som muoner implanteres i prøven. Hver muons spin foregår derefter i det magnetiske felt, der findes på muon -stopstedet. Træde i kræft, muonerne fungerer som følsomme detektorer for magnetfelt, der kan placeres inde i prøven. Fra sådanne muon -implantationsforsøg har det vist sig, at spontane magnetfelter vises, når Sr ₂ RuO ₄ bliver superledende, som viser, at der er spontane elektriske strømme.

Imidlertid, fordi signalet er subtilt, forskere har stillet spørgsmålstegn ved, om det faktisk er ægte. Superledningens begyndelse er en stor ændring i et materiales elektroniske egenskaber, og måske dukkede dette subtile ekstra signal op, fordi måleapparatet ikke var korrekt indstillet.

I dette arbejde, forskere ved Max Planck Institute for Chemical Physics of Faststoffer, det tekniske universitet i Dresden, og Paul Scherrer -instituttet (Schweiz) har vist, at når der presses uniaxialt på Sr ₂ RuO ₄ , de spontane strømme indtræder ved en lavere temperatur end superledningen. Med andre ord, overgangen deler sig i to:første superledning, derefter spontane strømme. Denne opdeling er ikke tydeligt demonstreret i noget andet materiale, og det er vigtigt, fordi det viser endegyldigt, at den anden overgang er reel. De spontane strømme skal forklares videnskabeligt, ikke som en konsekvens af ufuldkommen måling. Dette kan kræve en større omskrivning af vores forståelse af superledning.