Samarbejde afslører samspil mellem ladningsrækkefølge og superledning på nanoskala

Højtemperatursuperledning er noget af en hellig gral for forskere, der studerer kvantematerialer. Superledere, som leder elektricitet uden at sprede energi, lover at revolutionere vores energi- og telekommunikationskraftsystemer. Superledere arbejder dog typisk ved ekstremt lave temperaturer, hvilket kræver komplicerede frysere eller dyre kølemidler. Af denne grund har videnskabsmænd ubønhørligt arbejdet på at forstå de grundlæggende mekanismer i bunden af ​​højtemperatursuperledning med det ultimative mål at designe og konstruere nye kvantematerialer, der er superledende tæt på stuetemperatur.

Fabio Boschini, professor ved Institut national de la recherche scientifique (INRS), og nordamerikanske forskere studerede dynamikken i superlederen yttrium barium kobberoxid (YBCO), som tilbyder superledning ved højere end normale temperaturer via tidsopløst resonans Røntgenspredning ved Linac Coherent Light Source (LCLS) frielektronlaser, SLAC (US). Forskningen blev offentliggjort den 19. maj i Science . I denne nye undersøgelse har forskere været i stand til at spore, hvordan ladningstæthedsbølger i YBCO reagerer på en pludselig "slukning" af superledningsevnen, induceret af en intens laserpuls.

"Vi er ved at lære, at ladningstæthedsbølger - selvorganiserede elektroner, der opfører sig som krusninger i vand - og superledning interagerer på nanoskala på ultrahurtige tidsskalaer. Der er en meget dyb forbindelse mellem fremkomsten af ​​superledning og ladningstæthedsbølger," siger Fabio Boschini, co. -investigator på dette projekt og affiliate investigator ved Stewart Blusson Quantum Matter Institute (Blusson QMI).

"Indtil for et par år siden undervurderede forskere vigtigheden af ​​dynamikken inde i disse materialer," sagde Giacomo Coslovich, ledende efterforsker og stabsforsker ved SLAC National Accelerator Laboratory i Californien. "Indtil dette samarbejde kom sammen, havde vi virkelig ikke værktøjerne til at vurdere ladningstæthedens bølgedynamik i disse materialer. Muligheden for at se på udviklingen af ​​ladningsrækkefølgen er kun mulig takket være teams som vores, der deler ressourcer, og af brug af en fri-elektronlaser til at give ny indsigt i stoffets dynamiske egenskaber."

På grund af et bedre billede af de dynamiske interaktioner, der ligger til grund for højtemperatur-superledere, er forskerne optimistiske om, at de kan arbejde sammen med teoretiske fysikere om at udvikle en ramme for en mere nuanceret forståelse af, hvordan højtemperatur-superledning opstår.

Samarbejde er nøglen

Nærværende arbejde er opstået i et samarbejde mellem forskere fra flere førende forskningscentre og beamlines. "Vi begyndte at køre vores første eksperimenter i slutningen af ​​2015 med den første karakterisering af materialet ved den canadiske lyskilde," siger Boschini. Med tiden kom projektet til at involvere mange Blusson QMI-forskere, såsom MengXing Na, som jeg vejledte og introducerede til dette arbejde. Hun var en integreret del af dataanalysen."

"Dette arbejde er meningsfuldt af en række årsager, men det viser også virkelig vigtigheden af ​​at danne langvarige, meningsfulde samarbejder og relationer," sagde Na. "Nogle projekter tager rigtig lang tid, og det er en ære for Giacomos lederskab og vedholdenhed, at vi nåede hertil."

Projektet har knyttet mindst tre generationer af videnskabsmænd sammen, og de har fulgt nogle, efterhånden som de udviklede sig gennem deres postdoktorale karrierer og ind i fakultetsstillinger. Forskerne er begejstrede for at udvide dette arbejde ved at bruge lys som en optisk knap til at styre superledningstilstanden til og fra. + Udforsk yderligere

Undersøgelse giver nye muligheder for at udløse superledning ved stuetemperatur med lys