En årsag til mærkelig opførsel af cuprates opdaget, med superlederforgreninger

En nylig undersøgelse offentliggjort i Nature Communications af forskere fra Politecnico di Milano, Chalmers Tekniske Universitet i Göteborg og Sapienza Universitet i Rom kaster lys over et af de mange mysterier med kobberbaserede superledere med høj kritisk temperatur. Selv ved temperaturer over den kritiske temperatur er de specielle og opfører sig som "mærkelige" metaller. Det betyder, at deres elektriske modstand ændres med temperaturen anderledes end normale metallers.

Forskningen antyder eksistensen af ​​et kvantekritisk punkt forbundet med fasen kaldet "mærkeligt metal." Et væsentligt skridt fremad inden for superledningsforskning, opdagelsen kan bane vejen for bæredygtige teknologier og bidrage til en mere miljøvenlig fremtid.

"Et kvantekritisk punkt identificerer specifikke forhold, hvor et materiale undergår en pludselig ændring i dets egenskaber udelukkende på grund af kvanteeffekter. Ligesom is smelter og bliver flydende ved 0°C på grund af mikroskopiske temperaturpåvirkninger, bliver cuprates til et 'mærkeligt' metal pga. af kvanteladningsudsving," siger Riccardo Arpaia, forsker ved Institut for Mikroteknologi og Nanovidenskab på Chalmers og førende forfatter til undersøgelsen.

Forskningen er baseret på røntgenspredningsforsøg udført ved European Synchrotron ESRF og ved den britiske synchrotron DLS. De afslører eksistensen af ​​ladningstæthedsudsving, der påvirker cupraternes elektriske modstand på en sådan måde, at de gør dem "mærkelige". Den systematiske måling af, hvordan energien af ​​disse fluktuationer varierer, gjorde det muligt at identificere værdien af ​​ladningsbærerens tæthed, hvor denne energi er minimum:det kvantekritiske punkt.

"Dette er resultatet af mere end fem års arbejde. Vi brugte en teknik, kaldet RIXS, som stort set er udviklet af os på Politecnico di Milano. Takket være adskillige målekampagner og nye dataanalysemetoder var vi i stand til at bevise eksistensen af det kvantekritiske punkt En bedre forståelse af cuprater vil lede udformningen af ​​endnu bedre materialer med højere kritiske temperaturer og derfor nemmere at udnytte i morgendagens teknologier," tilføjer Giacomo Ghiringhelli, professor ved Fysikafdelingen ved Politecnico di Milano. koordinator af forskningen.

Sergio Caprara kom sammen med sine kolleger ved Institut for Fysik ved Sapienza Universitetet i Rom op med teorien, der tildeler ladningsudsving en nøglerolle i cuprates. Han siger:"Denne opdagelse repræsenterer et vigtigt fremskridt med hensyn til at forstå ikke kun de unormale egenskaber ved den metalliske tilstand af cuprater, men også de stadig uklare mekanismer, der ligger til grund for højtemperatursuperledning."

Flere oplysninger: Riccardo Arpaia et al., Signature of quantumcriticity in cuprates by charge-density fluktuations, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-42961-5

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Polytechnic University of Milan