Tekens van 'n raaiselagtige toestand van materie ontdek in 'n supergeleier

Wetenskaplikes by SLAC National Accelerator Laboratory het 'n verbeterde X-straaltegniek gebruik om eksotiese toestande van materie te verken in 'n onkonvensionele supergeleier wat elektrisiteit met 100% doeltreffendheid by relatief hoë temperature gelei. Hulle het die handtekening gesien van 'n toestand bekend as paardigtheidgolwe (PDW), en bevestig dat dit vervleg met 'n ander fase bekend as ladingdigtheidgolf (CDW) strepe – golfagtige patrone van hoër en laer elektrondigtheid in die materiaal. CDW's word op hul beurt geskep wanneer spindigtheidsgolwe (SDW's) na vore kom en ineenvleg. Krediet: Jun-Sik Lee/SLAC National Accelerator Laboratory

Bekend as "paardigtheidgolwe," kan dit die sleutel wees om te verstaan ​​hoe supergeleiding by relatief hoë temperature kan bestaan.

Onkonvensionele supergeleiers bevat 'n aantal eksotiese fases van materie wat vermoedelik 'n rol speel, ten goede of ten kwade, in hul vermoë om elektrisiteit met 100% doeltreffendheid te gelei teen baie hoër temperature as wat wetenskaplikes moontlik gedink het - hoewel dit nog ver te kort van die temperature is. wat hul wye ontplooiing in volmaak doeltreffende kraglyne, maglev-treine en so meer sal toelaat.

Nou het wetenskaplikes by die Departement van Energie se SLAC National Accelerator Laboratory die handtekening gesien van een van daardie fases, bekend as paardigtheidgolwe of PDW, en bevestig dat dit verweef is met 'n ander fase bekend as ladingsdigtheidgolf (CDW) strepe – golfagtige patrone van hoër en laer elektrondigtheid in die materiaal.

Om PDW en sy korrelasies met ander fases waar te neem en te verstaan, kan noodsaaklik wees om te verstaan ​​hoe supergeleiding in hierdie materiale na vore kom, wat elektrone toelaat om saam te koppel en sonder weerstand te beweeg, sê Jun-Sik Lee, 'n SLAC-personeelwetenskaplike wat die navorsing by die laboratorium gelei het. Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL).

Selfs indirekte bewyse van die PDW-fase verweef met ladingstrepe, het hy gesê, is 'n belangrike stap op die lang pad om die meganisme agter onkonvensionele supergeleiding te verstaan, wat wetenskaplikes oor meer as 30 jaar se navorsing ontwyk het.

Lee het bygevoeg dat die metode wat sy span gebruik het om hierdie waarneming te maak, wat behels het dramaties die verhoging van die sensitiwiteit van 'n standaard X-straaltegniek bekend as resonante sagte X-straalverstrooiing (RSXS), sodat dit die uiters dowwe seine wat deur hierdie verskynsels gegee word, kan sien. , het potensiaal om beide die PDW-handtekening en sy korrelasies met ander fases in toekomstige eksperimente direk te sien. Dit is waaraan hulle beplan om volgende te werk.

Die wetenskaplikes het hul bevindinge beskryf in 'n artikel gepubliseer in Physical Review Letters.

Ontwikkel supergeleiergeheime

Die bestaan ​​van die PDW-fase in hoë-temperatuur supergeleiers is meer as 'n dekade gelede voorgestel en dit het 'n opwindende navorsingsgebied geword, met teoretici wat modelle ontwikkel het om te verduidelik hoe dit werk en eksperimentele wat dit in 'n verskeidenheid materiale soek.

In hierdie studie het die navorsers daarna gaan soek in 'n koperoksied, of kupraat, materiaal bekend as LSCFO vir die elemente wat dit bevat - lantaan, strontium, koper, yster en suurstof. Daar word gedink om twee ander fases te huisves wat met PDW kan verweef: ladingsdigtheidgolfstrepe en spindigtheidgolfstrepe.

Die aard en gedrag van lading- en spinstrepe is in 'n aantal studies ondersoek, maar daar was net 'n paar indirekte kyke van PDW - baie soos om 'n dier op sy spore te identifiseer - en geeneen gemaak met X-straalverstrooiingstegnieke nie. Omdat X-straalverstrooiing die gedrag van 'n hele monster gelyktydig openbaar, word dit beskou as die mees belowende manier om te verduidelik of PDW bestaan ​​en hoe dit verband hou met ander sleutelfases in cuprates, het Lee gesê.

Oor die afgelope paar jaar het die SSRL-span daaraan gewerk om die sensitiwiteit van RSXS te verhoog sodat dit die seine waarna hulle gesoek het, kon vasvang.

Nadoktorale navorser Hai Huang en SLAC-personeelingenieur Sang-Jun Lee het die verbeterde tegniek in hierdie studie gebruik. Hulle het X-strale van LSCFO af en in 'n detektor gestrooi en patrone gevorm wat onthul het wat in die materiaal aangaan. Soos hulle die temperatuur van die materiaal na sy supergeleidende reeks laat daal het, het spinstrepe verskyn en ineengevleg om ladingstrepe te vorm, en daardie ladingstrepe is dan geassosieer met die opkoms van tweedimensionele fluktuasies wat die kenmerk van PDW is.

Die navorsers het gesê hierdie resultate demonstreer nie net die waarde van die nuwe RSXS-benadering nie, maar ondersteun ook die moontlikheid dat die PDW nie net in hierdie materiaal teenwoordig is nie, maar in al die supergeleidende cuprates.

Verwysing: "Twee-dimensionele supergeleidende skommelinge wat verband hou met lading-digtheid-golfstrepe in La_1.87Sr_0.13Cu_0.99Fe_0.01O₄” deur H. Huang, S.-J. Lee, Y. Ikeda, T. Taniguchi, M. Takahama, C.-C. Kao, M. Fujita en J.-S. Lee, 21 April 2021, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.167001

’n Navorsingspan onder leiding van Masaki Fujita aan die Tohoku-universiteit in Japan het die hoëgehalte LSCFO-kristal wat in die eksperiment gebruik is, gekweek en voorlopige toetse daarop uitgevoer. Die navorsing is deur die DOE Kantoor vir Wetenskap befonds. SSRL is 'n DOE Office of Science-gebruikersfasiliteit.