Forskere ser tegn på en forvirrende tilstand af stof i en superleder

Ukonventionelle superledere indeholder en række eksotiske faser af stof, der menes at spille en rolle, på godt og ondt, i deres evne til at lede elektricitet med 100 % effektivitet ved meget højere temperaturer, end forskerne havde troet muligt – selvom de stadig er langt under de temperaturer, der ville tillade deres brede udbredelse i perfekt effektive elledninger, maglev-tog og så videre.

Nu har forskere ved Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory skimtet signaturen på en af ​​disse faser, kendt som par-densitetsbølger eller PDW, og bekræftede, at det er sammenflettet med en anden fase kendt som ladningsdensitetsbølgestriber (CDW) - bølgelignende mønstre med højere og lavere elektrontæthed i materialet.

Iagttagelse og forståelse af PDW og dets korrelationer med andre faser kan være afgørende for at forstå, hvordan superledelse fremkommer i disse materialer, tillader elektroner at parre sig og rejse uden modstand, sagde Jun-Sik Lee, en SLAC-medarbejder, der ledede forskningen ved laboratoriets Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL).

Selv indirekte bevis på PDW-fasen sammenflettet med ladningsstriber, han sagde, er et vigtigt skridt på den lange vej mod at forstå mekanismen bag ukonventionel superledning, som har unddraget forskere over mere end 30 års forskning.

Lee tilføjede, at den metode, hans team brugte til at foretage denne observation, hvilket involverede en dramatisk forøgelse af følsomheden af ​​en standard røntgenteknik kendt som resonant soft X-ray scattering (RSXS), så den kunne se de ekstremt svage signaler afgivet af disse fænomener, har potentiale til direkte at se både PDW -signaturen og dens korrelationer med andre faser i fremtidige forsøg. Det er det, de planlægger at arbejde videre med.

Forskerne beskrev deres resultater i Fysisk gennemgangsbreve .

Udrede superlederhemmeligheder

Eksistensen af ​​PDW-fasen i højtemperatur-superledere blev foreslået for mere end et årti siden, og det er blevet et spændende forskningsområde, med teoretikere, der udvikler modeller til at forklare, hvordan det virker, og eksperimenter, der søger efter det i en række forskellige materialer.

I dette studie, forskerne ledte efter det i et kobberoxid, eller cuprate, materiale kendt som LSCFO for de elementer, det indeholder - lanthan, strontium, kobber, jern og ilt. Det menes at være vært for to andre faser, der kan flette sammen med PDW:ladetæthedsbølger og spin -densitetsbølger.

Arten og adfærden af ​​ladnings- og spindestriber er blevet undersøgt i en række undersøgelser, men der havde kun været nogle få indirekte glimt af PDW – meget som at identificere et dyr fra dets spor – og ingen lavet med røntgenspredningsteknikker. Fordi røntgenspredning afslører adfærden af ​​en hel prøve på én gang, det menes at være den mest lovende måde at afklare, om PDW eksisterer, og hvordan det forholder sig til andre nøglefaser i cuprates, sagde Lee.

I løbet af de sidste par år, SSRL -teamet har arbejdet med at øge RSXS -følsomheden, så det kunne fange de signaler, de ledte efter.

Postdoktorforsker Hai Huang og SLAC-ingeniør Sang-Jun Lee brugte den forbedrede teknik i denne undersøgelse. De spredte røntgenstråler fra LSCFO og ind i en detektor, danne mønstre, der afslørede, hvad der foregik inde i materialet. Da de sænkede materialets temperatur mod dets superledende område, spindestriber dukkede op og flettet sammen for at danne ladningsstriber, og disse ladningsstriber blev derefter forbundet med fremkomsten af ​​todimensionelle fluktuationer, der er kendetegnende for PDW.

Forskerne sagde, at disse resultater ikke kun demonstrerer værdien af ​​den nye RSXS-tilgang, men understøtter også muligheden for, at PDW ikke kun er til stede i dette materiale, men i alle de superledende cuprates.