Superledning i high-Tc cuprates:'Fra maksimal til minimal dissipation' - et nyt paradigme?

Den konventionelle visdom med superledning er, at det er en tilstand med nul jævnstrømsmodstand, dvs. uendelig jævnstrømsledningsevne. Imidlertid er dette paradigme blevet udfordret af opdagelsen af ​​højtemperatur-superledere (kuprater), som udviser en endelig jævnstrømsmodstand selv i den superledende tilstand. Denne usædvanlige adfærd har ført til en ny forståelse af superledningsevne i disse materialer, som involverer samspillet mellem elektroniske korrelationer, kvanteudsving og uorden.

I dette nye billede er den superledende tilstand i cuprates karakteriseret ved tilstedeværelsen af ​​konkurrerende ordrer, såsom ladningsrækkefølge og spinrækkefølge. Disse konkurrerende ordrer fører til dannelsen af ​​elektroniske vandpytter eller klynger, hvor superledning kan eksistere side om side med andre typer af orden. Grænserne mellem disse vandpytter er resistive, hvilket giver anledning til en endelig jævnstrømsmodstand i den superledende tilstand.

Styrken af ​​disse konkurrerende ordrer og størrelsen af ​​de superledende vandpytter styres af flere faktorer, herunder doping, temperatur og magnetfelt. Ved at indstille disse parametre er det muligt at kontrollere mængden af ​​uorden og graden af ​​elektroniske korrelationer, som igen påvirker materialets superledende egenskaber.

Denne nye forståelse af superledning i cuprates giver en ramme for forståelse af disse materialers unormale egenskaber og foreslår nye måder at designe materialer med endnu højere superledende overgangstemperaturer og forbedret ydeevne.

Her er en mere detaljeret forklaring af nøglebegreberne:

Elektroniske vandpytter :

I cuprates er den superledende tilstand ikke ensartet. I stedet består den af ​​små områder, kaldet vandpytter, hvor superledning eksisterer side om side med andre typer orden, såsom ladningsrækkefølge eller spinrækkefølge. Størrelsen og formen af ​​disse vandpytter afhænger af materialet og de forhold, hvorunder det er superledning.

Konkurrerende ordrer :

Dannelsen af ​​elektroniske vandpytter er et resultat af de konkurrerende vekselvirkninger mellem elektroner i cuprates. Disse interaktioner omfatter Coulomb-frastødning, elektron-fonon-kobling og magnetiske udvekslingsinteraktioner. Den relative styrke af disse interaktioner bestemmer den type ordre, der dominerer materialet. I nogle tilfælde kan superledning sameksistere med andre ordrer, mens den i andre tilfælde er fuldstændig undertrykt.

Forstyrrelse :

Lidelse spiller en afgørende rolle i cupraternes egenskaber. Det kan være forårsaget af urenheder, defekter eller endda termiske udsving. Lidelse kan forstyrre dannelsen af ​​elektroniske vandpytter og føre til et fald i den superledende overgangstemperatur. Men i nogle tilfælde kan lidelse også inducere superledning i materialer, der ellers ville være ikke-superledende.

Ved at forstå samspillet mellem elektroniske korrelationer, kvanteudsving og uorden kan vi få en dybere forståelse af den ukonventionelle superledning i cuprates og designmaterialer med forbedrede egenskaber.