Eksotiske superledere:Hemmeligheden, der ikke var der

Et enkelt måleresultat er ikke et bevis - dette er blevet vist igen og igen i videnskaben. Vi kan kun virkelig stole på et forskningsresultat, når det er blevet målt flere gange, helst af forskellige forskerhold, på lidt forskellige måder. På denne måde, fejl kan normalt opdages før eller siden.

Imidlertid, en ny undersøgelse af prof. Andrej Pustogow fra Institute of Solid State Physics på TU Wien sammen med andre internationale forskerhold viser, at dette nogle gange kan tage ret lang tid. Undersøgelsen af ​​strontiumruthenat, et materiale, der spiller en vigtig rolle i utraditionel superledning, har nu modbevist et eksperiment, der blev berømt i 1990'erne, da man troede, at der var blevet opdaget en ny form for superledning. Som det nu viser sig, imidlertid, materialet opfører sig meget på samme måde som andre velkendte høj temperatur superledere. Alligevel, dette er et vigtigt skridt fremad for forskning.

To partikler med koblet spin

Superledelse er et af de store mysterier ved solid-state fysik:visse materialer mister deres elektriske modstand fuldstændigt ved lave temperaturer. Denne effekt er stadig ikke fuldt ud forstået. Hvad er sikkert, imidlertid, er, at såkaldte "Cooper-par" spiller en central rolle i supraledelse.

I et normalt metal, elektrisk strøm består af individuelle elektroner, der kolliderer med hinanden og med metalatomerne. I en superleder, elektronerne bevæger sig parvis. "Dette ændrer situationen dramatisk, "forklarer Pustogow." Det ligner forskellen mellem en menneskemængde i en travl shoppinggade og den tilsyneladende ubesværede bevægelse af et dansende par på dansegulvet. "Når elektroner bindes i Cooper -par, de mister ikke energi ved spredning og bevæger sig gennem materialet uden forstyrrelser. Det afgørende spørgsmål er:Hvilke forhold fører til denne dannelse af Cooper -par?

"Fra et kvantefysisk synspunkt, det vigtige er spin af disse to elektroner, "siger Pustogow. Spinnet er det elektroniske magnetiske moment og kan pege enten 'op' eller 'ned'. I Cooper -par, imidlertid, en kobling opstår:i en 'singlet' tilstand, drejningen af ​​den ene elektron peger opad, og den af ​​den anden elektron peger nedad. De magnetiske øjeblikke annullerer hinanden, og parrets samlede spin er altid nul.

Imidlertid, denne regel, som næsten alle superledere følger, syntes at være brudt af Cooper -parene i strontiumruthenat (Sr ₂ RuO ₄ ). I 1998, resultater blev offentliggjort, der angav Cooper-par, hvor spinnene på begge elektroner peger i samme retning (så er det en såkaldt "spin-triplet"). "Dette ville muliggøre helt nye applikationer, "forklarer Pustogow." Sådanne trilling Cooper -par ville så ikke længere have et totalt spin på nul. Dette ville tillade dem at blive manipuleret med magnetfelter og bruges til at transportere information uden tab, hvilket ville være interessant for spintronics og mulige kvantecomputere. "

Det vakte stor opsigt, ikke mindst fordi strontiumruthenat også blev betragtet som et særligt vigtigt materiale til superledningsforskning af andre årsager:dets krystalstruktur er identisk med kuprater, som udviser høj temperatur superledning. Selvom sidstnævnte bevidst er dopet med 'urenheder' for at muliggøre supraledelse, Sr ₂ RuO ₄ er allerede superledende i sin rene form.

Ny måling, nyt resultat

"Rent faktisk, vi studerede dette materiale af en helt anden grund, "siger Pustogow." Men i processen, vi indså, at disse gamle målinger ikke kunne være korrekte. "I 2019, det internationale team var i stand til at vise, at den formodede eksotiske spin -effekt bare var en måle -artefakt:den målte temperatur matchede ikke den faktiske temperatur for den undersøgte prøve; faktisk, den undersøgte prøve på det tidspunkt var slet ikke superledende. Med denne erkendelse i tankerne, materialets superledning blev nu undersøgt med stor præcision. De nye resultater viser klart, at strontiumruthenat ikke er en triplet superleder. Hellere, ejendommene svarer til det, der allerede er kendt fra cuprates.

Imidlertid, Pustogow finder ikke dette skuffende:"Det er et resultat, der bringer vores forståelse af høj temperatur superledningsevne i disse materialer endnu et skridt fremad. Fundet om, at strontiumruthenat viser lignende adfærd som cuprates betyder to ting:På den ene side, det viser, at vi ikke har at gøre med en eksotisk, nyt fænomen, og på den anden side betyder det også, at vi har et nyt materiale til rådighed, hvor vi kan undersøge allerede kendte fænomener. "Ultrarent strontiumruthenat er bedre egnet til dette end tidligere kendte materialer. Det tilbyder et meget renere testfelt end cuprater.

Ud over, man lærer også noget om pålideligheden af ​​gamle, almindeligt accepterede publikationer:"Faktisk man kunne tro, at resultater i solid-state fysik næppe kan være forkert, "siger Pustogow." Mens du var i medicin, skal du muligvis være tilfreds med et par laboratoriemus eller en prøve på tusind testpersoner, vi undersøger milliarder af milliarder (ca. 10 ¹⁹ ) elektroner i en enkelt krystal. Dette øger pålideligheden af ​​vores resultater. Men det betyder ikke, at hvert resultat er helt korrekt. Som overalt i videnskaben, at gengive tidligere resultater er uundværligt på vores område - og det er også at forfalske dem. "