Forskere blander og matcher egenskaber for at lave en ny superleder med chiral struktur

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har skabt en ny superleder med en chiral krystallinsk struktur ved at blande to materialer, et med superledning men ingen chiralitet, et andet med chiralitet men ingen superledning.

Den nye platin-iridium-zirconiumforbindelse overgår til en bulksuperleder under 2,2 K og blev observeret at have chiral krystallinsk struktur ved anvendelse af røntgendiffraktion. Deres nye solide løsningstilgang lover at fremskynde opdagelsen og forståelsen af ​​nye eksotiske superledende materialer.

Forskere, der studerer superledning, er på en mission for at forstå, hvordan den eksotiske natur af superledende materialer opstår fra deres struktur, og hvordan vi kan kontrollere strukturen for at få ønskværdige egenskaber.

Af de mange aspekter af struktur er en interessant nylig udvikling spørgsmålet om chiralitet. Mange strukturer har en "handedness", det vil sige, at de ikke ser ens ud i et spejl. En effekt af chiralitet i superledere er at udløse noget der kaldes asymmetrisk spin-orbit kobling (ASOC), en effekt der kan gøre superledere mere robuste over for høj magnetfelteksponering.

For at forstå chiralitet mere i dybden har forskerne imidlertid brug for flere superledere med en chiral struktur at studere. Den sædvanlige vej er at søge efter chirale forbindelser, kontrollere om de er superledende eller ej, skylle og gentage:dette er meget ineffektivt.

Derfor har et hold fra Tokyo Metropolitan University under ledelse af lektor Yoshikazu Mizuguchi introduceret en helt ny tilgang. I stedet for at gennemgå lister over forbindelser blandede de to forbindelser med kendte fysiske egenskaber, en platin-zirconiumforbindelse med superledning, men ingen chiralitet, og en iridium-zirconiumforbindelse med en chiral struktur, men ingen rapporter om superledning. Værket er offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

Ved at kombinere grundstoffer i et forhold, der matcher en vis andel af hver forbindelse, var de i stand til effektivt at "blande og matche" fysiske egenskaber og komme frem til et nyt materiale, der havde både en chiral krystalstruktur og superledningsevne.

Holdet undersøgte først forskellige blandingsforhold og fandt ud af, at ved omkring 80% iridium-inkludering øges andelen af ​​chiral krystallinsk struktur (her P6122-strukturen af ​​den chirale iridium-zirconiumforbindelse) hurtigt ved stuetemperatur. Afkøling af prøver til lave temperaturer var de i stand til at bekræfte superledningsevne op til omkring 85%. Dette efterlod et lille vindue, hvor begge egenskaber kan manifestere sig.

Når de så på deres 80% blanding, kølede de prøven ned til omkring hvor superledning blev set, og fandt ud af, at andelen af ​​chiral struktur øges dramatisk. Det er klart, at deres nye forbindelse er en superleder med en chiral struktur.

Holdet bekræftede også, at superledningsevnen opstår i hovedparten, ikke fra overfladen. Deres arbejde demonstrerer styrken ved en "mix og match"-tilgang til at lave nye eksotiske superledere, et velkomment, dramatisk løft i jagten på flere materialer og mere forståelse.

Flere oplysninger: Yuto Watanabe et al., Low-Temperature Chiral Crystal Structure and Superconductivity in (Pt0.2Ir0.8)3Zr5, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c10797

Leveret af Tokyo Metropolitan University