Nematisk overgang og nanoskala undertrykkelse af superledningsevne i et jernchalcogenid

I ukonventionelle superledere, elektroner udviser ofte en tendens til rumlig orden inden for deres atomare struktur.

I højtemperatursuperledere, dette kommer i form af den elektroniske struktur, der udviser en udtalt forskel i de gitterbundne retninger, langs hvilke atomer er ordnet.

Inden for disse materialer, denne elektroniske aktivitet bryder igen krystallens rotationssymmetri, en fase kendt som elektronisk nematicitet. Forskere har søgt at bedre forstå denne nye elektroniske tilstand, som sameksisterer med superledning.

Boston College lektor i fysik Ilija Zeljkovic og et internationalt team af forskere satte sig for bedre at forstå signaturen på atomare skala af elektronisk nematisk overgang i Fe(Te, Se) - en klasse af materialer kendt som jernchalcogenid-superledere - i en særligt formuleret sammensætning af materialet, hvor elektronisk nematicitet rumligt kan ændre sig hurtigst eller fluktuere over tid.

Et fokus for forskere, der forsøger at forstå superledende egenskaber, jernchalcogenider er defineret ved deres sammensætning fra varierende svovlprocenter, selen, og tellerium. For deres eksperimenter, holdet skabte sammensatte prøver indeholdende mellem 35 og 50 procent selen, i sidste ende fandt, at en 45-procent selenkonstruktion afslørede elektronisk nematicitet, der er rumligt inhomogen, eller ikke forekommer ligeligt på hvert punkt i materialet.

Ved hjælp af lavtemperatur spektroskopisk billeddannelse scanning tunneling mikroskopi (STM), holdet fandt ud af, at ved overgangspunktet - lige før materialet går ind i den nematiske tilstand - opstår elektronisk nematicitet først i lokaliserede nanoskalaområder, Zeljkovic og kolleger rapporterede i online-udgaven af ​​tidsskriftet Naturfysik .

Ud over, holdet opdagede, at i den samme 45 procent selensammensætning kan små mængder "belastning" - en strækning af materialet i én retning - på kun en brøkdel af en procent føre til udseendet af lokal nematicitet, hvilket igen undertrykker superledning. Dette var ikke tilfældet for Fe(Te, Se) prøver konstrueret med en lavere Se-sammensætning på 35 procent, som viser ubetydelige effekter på superledning fra de samme mængder af belastning.

Holdet fandt ud af, at i visse sammensætninger af Fe(Te, Se) de nematiske fluktuationer kan "fastgøres" af strukturel lidelse, som hindrer superledning i bestemte områder af materialet, sagde Zeljkovic, sluttet sig til projektet af hans Boston College-kolleger professor i fysik Ziqiang Wang og kandidatstuderende He Zhao og Hong Li, samt forskere fra andre institutioner i USA og Kina.

"Det var overraskende, at nematiske områder ikke ser ud til at være superledende overhovedet, på trods af, at den superledende overgangstemperatur bør være den højeste ved 45 procent sammensætningen, " sagde Zeljkovic. "Dette kunne være tegn på nematiske 'udsving', menes at øge superledningsevnen nær den nematiske overgang, blive statisk og dermed reducere superledende egenskaber lokalt."

Zeljkovic sagde, at resultaterne indikerer, at et skjult kvantekritisk punkt - et efterspurgt benchmark ved overgangen mellem forskellige tilstande i stof ved nul grader Kelvin - kan eksistere i Fe(Te, Se). Han sagde, at yderligere forskning i materialet ville være påkrævet for at afgøre, om det er tilfældet.