Теперь ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики заметили характер одной из этих фаз, известной как волны парной плотности или PDW, и подтвердили, что она переплетается с другой фазой, известной как полосы волны зарядовой плотности (ВЗП) – волнообразные. паттерны более высокой и низкой электронной плотности в материале.
Наблюдение и понимание PDW и его корреляций с другими фазами могут иметь важное значение для понимания того, как в этих материалах возникает сверхпроводимость, позволяя электронам объединяться в пары и перемещаться без сопротивления, сказал Джун-Сик Ли, штатный научный сотрудник SLAC, который руководил исследованиями в лаборатории. Стэнфордский источник синхротронного излучения (SSRL).
По его словам, даже косвенные свидетельства того, что фаза PDW переплетается с полосами заряда, является важным шагом на долгом пути к пониманию механизма нетрадиционной сверхпроводимости, который ускользнул от ученых за более чем 30 лет исследований.
Ли добавил, что метод, который его команда использовала для этого наблюдения, включал резкое повышение чувствительности стандартного рентгеновского метода, известного как резонансное мягкое рассеяние рентгеновских лучей (RSXS), чтобы он мог видеть чрезвычайно слабые сигналы, испускаемые этими явлениями. , имеет потенциал для прямого наблюдения как сигнатуры PDW, так и ее корреляции с другими этапами будущих экспериментов. Вот над чем они планируют работать дальше.
Ученые описали свои открытия сегодня в Physical Review Letters.
Распутывая секреты сверхпроводников
Существование фазы PDW в высокотемпературных сверхпроводниках было предложено более десяти лет назад, и это стало захватывающей областью исследований: теоретики разрабатывают модели, объясняющие, как она работает, а экспериментаторы ищут ее в различных материалах.
В этом исследовании исследователи искали его в оксиде меди или купрате, материале, известном как LSCFO из-за содержащихся в нем элементов – лантана, стронция, меди, железа и кислорода. Считается, что в нем есть две другие фазы, которые могут переплетаться с PDW: полосы волн зарядовой плотности и полосы волн спиновой плотности.
Природа и поведение зарядовых и спиновых полос изучались в ряде исследований, но было лишь несколько косвенных проблесков PDW – очень похоже на идентификацию животного по его следам – и ни один из них не был сделан с помощью методов рассеяния рентгеновских лучей. По словам Ли, поскольку рассеяние рентгеновских лучей выявляет поведение всего образца сразу, это считается наиболее многообещающим способом выяснить, существует ли PDW и как оно связано с другими ключевыми фазами в купратах.
За последние несколько лет команда SSRL работала над повышением чувствительности RSXS, чтобы он мог захватывать сигналы, которые они искали.
Постдокторант Хай Хуанг и штатный инженер SLAC Сан-Джун Ли использовали усовершенствованную технику в этом исследовании. Они рассеивали рентгеновские лучи от LSCFO и попадали в детектор, формируя узоры, показывающие, что происходит внутри материала.
По мере того, как температура материала снижалась до сверхпроводящего диапазона, появлялись спиновые полосы, которые переплетались, образуя зарядовые полосы, и эти зарядовые полосы затем были связаны с появлением двумерных флуктуаций, которые являются отличительной чертой PDW.
Исследователи заявили, что эти результаты не только демонстрируют ценность нового подхода RSXS, но также подтверждают возможность того, что PDW присутствует не только в этом материале, но и во всех сверхпроводящих купратах.
Группа исследователей под руководством Масаки Фудзита из Университета Тохоку в Японии вырастила высококачественный кристалл LSCFO, использованный в эксперименте, и провела на нем предварительные испытания. Исследование финансировалось Управлением науки Министерства энергетики США.
SSRL – это пользовательский объект Управления науки Министерства энергетики США.