Все еще недостаточно изучены: сверхпроводимость с высокой ТС
Явление сверхпроводимости хорошо изучено – для классических сверхпроводников. Когда классические сверхпроводники не находятся в сверхпроводящем состоянии, они ведут себя как металлы, и сверхпроводимость возникает из этого металлического состояния за счет спаривания электронов.
Спаривание мобильных носителей заряда также является причиной сверхпроводимости купратов. Однако эти керамические сверхпроводники представляют собой материалы, в которых даже несверхпроводящее состояние трудно понять, не говоря уже о механизме спаривания носителей заряда. Вот почему новое понимание свойств купратов до сих пор вызывает восторг у ученых – даже спустя почти 30 лет после открытия высокотемпературной сверхпроводимости.
Когда атомы меди и кислорода образуют плоскости
Купраты представляют собой зоопарк материалов с сокращениями, такими как LBCO, YBCO, LSCO, BSCO и многими другими, с химическими формулами La2-xBaxCuO4, YBa2Cu3O6 +, La2-xSrxCuO4, Bi2Sr2-xLaxCuO6+. Все эти материалы имеют одну общую особенность: атомы меди и кислорода расположены в плоскостях, образуя квазидвумерные объекты. Введение носителей заряда в кислородные плоскости меди не приводит к простому металлическому поведению.
Скорее, наблюдается сложность необычных фаз вокруг сверхпроводимости, и то, как сверхпроводящее состояние развивается из этих экзотических состояний материи, до сих пор ускользало от объяснения.
Порядок начисления в купратах
Одним из явлений, наблюдаемых в высокотемпературных купратах, является так называемый зарядовый порядок. Здесь носители заряда, которые вводятся в керамику, чтобы сделать ее проводящей в первую очередь, имеют тенденцию образовывать регулярный узор из полос в плоскостях кислорода меди.
Расположение в регулярном порядке делает носитель заряда менее подвижным и препятствует образованию сверхпроводящего состояния: порядок заряда антагонистичен сверхпроводимости. Это, конечно, очень важно для исследования пределов сверхпроводимости и понимания самого явления. Порядок заряда наблюдался в одном из классов купрата еще в 1995 г. Однако потребовалось довольно много времени, чтобы выявить, что многие другие классы купратов демонстрируют такое же поведение, и только в последние годы были собраны доказательства повсеместного явления, включая важное наблюдение порядка заряда в YBCO в 2012 году. Все эти эксперименты подтвердили, что это явление является общим свойством носителей заряда в кислородных плоскостях меди в купратах.
Новые результаты показывают универсальную закономерность и интересные отношения между эффектами
По инициативе исследователей из Миннесоты международная группа ученых определила порядок заряда в HgBa2CuO4, подчеркнув это универсальное поведение: HgBa2CuO4 – это нетронутый купратный материал с довольно простой кристаллической структурой, который становится сверхпроводником при температурах до минус 175 градусов по Цельсию. Еще одним важным результатом исследования является открытие, что порядок заряда тесно связан с другим свойством материала. При приложении очень сильного магнитного поля сверхпроводимость разрушается, и электрическое сопротивление увеличивается и уменьшается с изменением магнитного поля, что известно как квантовые колебания.
Обнаружение универсальной связи между периодом этих квантовых колебаний и пространственным периодом зарядового порядка является одним из достижений исследования. Связывание таких, казалось бы, различных наблюдений для такого сложного материала имеет первостепенное значение, поскольку помогает определить, какой эффект важен, а какой – лишь ложный.
Инструмент: XUV-дифрактометр на UE46_PGM1-BEamline BESSY II
Важная часть этого исследования была проведена на дифрактометре XUV в HZB с использованием особенно чувствительного метода резонансной мягкой рентгеновской дифракции. Этот метод уже успешно использовался для обнаружения слабого зарядового порядка в ряде материалов в прошлом в тесном сотрудничестве с учеными из HZB, которые работают с прибором на канале UE46_PGM1 на BESSY II.
Результаты опубликованы в Nature Communications. «После десятилетий исследований необычные состояния вещества в купратах и их связь с явлением высокотемпературной сверхпроводимости все еще озадачивают ученых», – говорит доктор. Ойген Вешке из отдела квантовых явлений в новых материалах HZB: «Наблюдение за порядком заряда в этой чистой модельной системе добавляет важную часть к систематике купратов, и мы счастливы, что внесли свой вклад в эти исследования, проведя здесь ряд экспериментов. в HZB к настоящему времени.’