Hvad gør superledning ved høj temperatur mulig? Forskere kommer tættere på en samlet teori

Et team af forskere, ledet af forskere ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory, er kommet tættere på at slå et af de største gåder inden for kondenseret stofs fysik. De kom med en samlet teoretisk ramme til beskrivelse af højtemperatursuperlederes opførsel.

Ved at bruge Summit-supercomputeren ved Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF), en DOE Office of Science User Facility på ORNL, simulerede forskerne virkningerne af at tilføje ekstra elektroner til et kobberoxidgitter ved ekstremt kolde temperaturer.

Ved at studere ændringerne i materialets elektroniske egenskaber fandt holdet ud af, at tilsætning af elektroner undertrykte antiferromagnetisme - elektronspins tendens til at justere i modsatte retninger - og fremmede dannelsen af ​​Cooper-par, som er ansvarlige for superledning, hvilket tillader elektricitet at flyde uden at miste energi.

"Dette er det første teoretiske arbejde, der eksplicit og selvkonsekvent forbinder disse nøgleadfærd," sagde ORNL's B. Sriram Shastry. "Resultaterne fra vores simuleringer tyder på, at den ukonventionelle superledende tilstand fundet i kobberoxider kan være resultatet af en konkurrence mellem antiferromagnetisme og superledning."

Ifølge Shastry er holdets næste skridt at undersøge, hvordan materialets egenskaber ændrer sig med temperaturen og at undersøge virkningerne af uorden på superledning. "Dette arbejde bringer os tættere på en mere grundlæggende forståelse af superledere, hvilket kan føre til nye materialer med endnu højere overgangstemperaturer," sagde han.

Forskningen blev offentliggjort i Physical Review B.