Gumamit ang mga siyentipiko sa SLAC National Accelerator Laboratory ng pinahusay na X-ray technique upang tuklasin ang mga kakaibang estado ng bagay sa isang hindi kinaugalian na superconductor na nagsasagawa ng kuryente na may 100% na kahusayan sa medyo mataas na temperatura. Nasulyapan nila ang lagda ng isang estado na kilala bilang pares density waves (PDW), at kinumpirma na ito ay magkakaugnay sa isa pang yugto na kilala bilang charge density wave (CDW) stripes - wavelike pattern ng mas mataas at mas mababang electron density sa materyal. Ang mga CDW, sa turn, ay nilikha kapag ang mga spin density waves (SDWs) ay lumabas at nag-intertwine. Pinasasalamatan: Jun-Sik Lee/SLAC National Accelerator Laboratory
Kilala bilang "pair-density waves," maaaring susi ito sa pag-unawa kung paano maaaring umiral ang superconductivity sa medyo mataas na temperatura.
Ang mga hindi kinaugalian na superconductor ay naglalaman ng ilang kakaibang mga yugto ng bagay na inaakalang gumaganap ng isang papel, para sa mas mabuti o mas masahol pa, sa kanilang kakayahang magsagawa ng kuryente na may 100% na kahusayan sa mas mataas na temperatura kaysa sa inakala ng mga siyentipiko na posible - kahit na malayo pa rin sa mga temperatura na magbibigay-daan sa kanilang malawak na deployment sa perpektong mahusay na mga linya ng kuryente, maglev na tren at iba pa.
Ngayon, nakita ng mga siyentipiko sa SLAC National Accelerator Laboratory ng Department of Energy ang pirma ng isa sa mga phase na iyon, na kilala bilang pair-density waves o PDW, at nakumpirma na ito ay kaakibat ng isa pang phase na kilala bilang charge density wave (CDW) stripes – wavelike patterns ng mas mataas at mas mababang density ng elektron sa materyal.
Ang pagmamasid at pag-unawa sa PDW at ang mga ugnayan nito sa iba pang mga yugto ay maaaring mahalaga para sa pag-unawa kung paano lumilitaw ang superconductivity sa mga materyales na ito, na nagpapahintulot sa mga electron na magkapares at maglakbay nang walang pagtutol, sabi ni Jun-Sik Lee, isang SLAC staff scientist na nanguna sa pananaliksik sa lab's Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL).
Kahit na ang di-tuwirang katibayan ng yugto ng PDW na kaakibat ng mga guhit ng singil, aniya, ay isang mahalagang hakbang sa mahabang daan patungo sa pag-unawa sa mekanismo sa likod ng hindi kinaugalian na superconductivity, na nakatakas sa mga siyentipiko sa higit sa 30 taon ng pananaliksik.
Idinagdag ni Lee na ang paraan na ginamit ng kanyang koponan upang gawin ang obserbasyon na ito, na kinasasangkutan ng kapansin-pansing pagtaas ng sensitivity ng isang karaniwang X-ray technique na kilala bilang resonant soft X-ray scattering (RSXS) upang makita nito ang napakahinang signal na ibinibigay ng mga phenomena na ito. , ay may potensyal na direktang makita ang parehong lagda ng PDW at ang mga ugnayan nito sa iba pang mga yugto sa mga eksperimento sa hinaharap. Iyon ang plano nilang gawin sa susunod.
Inilarawan ng mga siyentipiko ang kanilang mga natuklasan sa isang artikulo na inilathala sa Pisikal Suriin Sulat.
Pag-alis ng mga lihim ng superconductor
Ang pagkakaroon ng yugto ng PDW sa mga superconductor na may mataas na temperatura ay iminungkahi higit sa isang dekada na ang nakalipas at naging isang kapana-panabik na lugar ng pananaliksik, kasama ang mga teorista na bumubuo ng mga modelo upang ipaliwanag kung paano ito gumagana at hinahanap ito ng mga eksperimental sa iba't ibang materyales.
Sa pag-aaral na ito, hinanap ito ng mga mananaliksik sa isang tansong oksido, o cuprate, na materyal na kilala bilang LSCFO para sa mga elementong taglay nito - lanthanum, strontium, tanso, bakal at oxygen. Ipinapalagay na magho-host ng dalawa pang phase na maaaring mag-intertwine sa PDW: charge density wave stripes at spin density wave stripes.
Ang kalikasan at gawi ng charge at spin stripes ay na-explore sa ilang mga pag-aaral, ngunit nagkaroon lamang ng ilang mga hindi direktang sulyap sa PDW - katulad ng pagtukoy ng isang hayop mula sa mga track nito - at walang ginawa gamit ang X-ray scattering techniques. Dahil ang X-ray scattering ay nagpapakita ng pag-uugali ng isang buong sample nang sabay-sabay, ito ay naisip na ang pinaka-maaasahan na paraan upang linawin kung ang PDW ay umiiral at kung paano ito nauugnay sa iba pang mga pangunahing yugto sa cuprates, sabi ni Lee.
Sa nakalipas na ilang taon, nagtrabaho ang SSRL team sa pagpapataas ng sensitivity ng RSXS para makuha nito ang mga signal na hinahanap nila.
Ang postdoctoral researcher na si Hai Huang at SLAC staff engineer na si Sang-Jun Lee ay gumamit ng pinahusay na pamamaraan sa pag-aaral na ito. Nagkalat sila ng mga X-ray mula sa LSCFO at sa isang detector, na bumubuo ng mga pattern na nagsiwalat kung ano ang nangyayari sa loob ng materyal. Habang binababa nila ang temperatura ng materyal patungo sa superconducting range nito, lumitaw ang mga spin stripes at magkakaugnay upang bumuo ng mga charge stripes, at ang mga charge stripes na iyon ay nauugnay sa paglitaw ng dalawang-dimensional na pagbabagu-bago na siyang tanda ng PDW.
Sinabi ng mga mananaliksik na ang mga resultang ito ay hindi lamang nagpapakita ng halaga ng bagong diskarte sa RSXS, ngunit sinusuportahan din ang posibilidad na ang PDW ay naroroon hindi lamang sa materyal na ito, ngunit sa lahat ng mga superconducting cuprates.
Sanggunian: “Two-Dimensional Superconducting Fluctuations na Kaugnay ng Charge-Density-Wave Stripes sa La1.87Sr0.13Cu0.99Fe0.01O4” ni H. Huang, S.-J. Lee, Y. Ikeda, T. Taniguchi, M. Takahama, C.-C. Kao, M. Fujita, at J.-S. Lee, 21 Abril 2021, Pisikal Suriin Sulat.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.167001
Isang pangkat ng pananaliksik na pinamumunuan ni Masaki Fujita sa Tohoku University sa Japan ang nagpalaki ng mataas na kalidad na kristal ng LSCFO na ginamit sa eksperimento at nagsagawa ng mga paunang pagsusuri dito. Ang pananaliksik ay pinondohan ng DOE Office of Science. Ang SSRL ay isang pasilidad ng gumagamit ng DOE Office of Science.
