Forskere kaster lys over den indre funktion af en ny klasse af ukonventionelle superledere

Et team af forskere fra det amerikanske energiministeriums Ames National Laboratory og SLAC National Accelerator Laboratory har leveret nye data og analyser om uendeligt lag nikkelater. Dette materiale er en nyligt opdaget klasse af ukonventionelle superledere. Resultaterne giver ny indsigt i, hvordan disse superledere fungerer, og hvordan de adskiller sig fra andre superledere.

Artiklen "Bevis for d-bølgesuperledning af uendeligt lag nikkelater fra lavenergielektrodynamik," er blevet offentliggjort i Nature Materials .

Superledning er, når et materiale leder elektricitet uden energitab under en kritisk temperatur. Superledere bruges i teknologi såsom MRI-maskiner og kvantecomputere.

Der er to typer superledere, konventionelle og ukonventionelle. Den største forskel mellem de to typer er den kritiske temperatur. Konventionelle superledere arbejder normalt ved ultralave temperaturer. Mange ukonventionelle superledere arbejder ved højere (men stadig meget lave) temperaturer. Forskere søger højere temperaturer for at åbne op for nye anvendelser for superledere, men også for at afsløre de mekanismer, der giver anledning til denne ukonventionelle adfærd.

Ifølge Jigang Wang, en videnskabsmand ved Ames Lab, er superledere også forskellige på det elektroniske niveau. Når en superleder når sin kritiske temperatur, dannes elektronpar kaldet Cooper-par. Disse Cooper-par skaber et superledende mellemrum. Dette mellemrum er den mindste energi, der er nødvendig for at få elektroner til at bevæge sig individuelt.

I konventionelle superledere er afstanden den samme størrelse i alle retninger (for eksempel i s-bølge superledning). I ukonventionelle superledere kan spaltestørrelsen dog være forskellig afhængig af den retning, elektronerne strømmer (f.eks. i d-bølge superledning).

"En af de seneste og potentielt banebrydende ukonventionelle superledere er uendeligt lag nikkelater," sagde Bing Cheng, en postdoc-forsker i Wang's Lab. Dette materiale blev oprindeligt opdaget af Harold Hwang ved SLAC, også en del af forskerholdet.

Uendeligt lag nikkelater er ekstremt tynde og komplekse, der eksisterer som film på andre materialer. Disse egenskaber gør det vanskeligt at bruge de konventionelle værktøjer til at undersøge de grundlæggende egenskaber af disse superledere.

For at løse denne udfordring brugte Wangs team på Ames Lab deres ekspertise inden for terahertz-bølgespektroskopi til at undersøge nikkelaterne. Med disse værktøjer målte de mellemrumsstørrelserne og opdagede hurtige superledende fluktuationer, når materialet er tæt på eller over dets kritiske temperatur.

Deres resultater bekræftede, at materialet har en d-bølge superledningsevne, som ligner nogle ukonventionelle superledere identificeret af Zhi-Xun Shen, et medlem af teamet fra Stanford University. Shen har dedikeret mere end tre årtier til at opklare hemmelighederne bag d-wave superledning.

Ifølge Wang er forståelsen af ​​karakteren af ​​ukonventionel superledning stadig en af ​​de største udfordringer inden for kondenseret stof og materialefysik i dag. "Der er stadig diskussioner om, hvad der limer elektronerne i Cooper-par," sagde han. Forståelse af disse nikkelater kunne dog tilbyde en løsning på dette mangeårige puslespil.

Flere oplysninger: Bing Cheng et al., Beviser for d-bølgesuperledning af uendeligt lag nikkelater fra lavenergielektrodynamik, Naturmaterialer (2024). DOI:10.1038/s41563-023-01766-z

Journaloplysninger: Naturmaterialer

Leveret af Ames National Laboratory