Une nouvelle advancede dans la comprehension des supraconducteurs à base d’oxyde de nickel

Une nouvelle étude montre que les supraconducteurs à base d’oxyde de nickel, qui conduisent l’électricité sans perte à des températures plus élevés que les supraconducteurs conventionals, contenant un type de matière quantique appelée ondes de densità de charge, ou CDW, qui peut придружават свръхпроводимостта.

La présence de CDW montre que ces материали наскоро открити, également connus sous le nom de nickelates, sont capable de form des états corrélés – des «soupes d’électrons » qui peuvent héberger une variété de phases quantiques, y compris la supraconductivité, selon des chercheurs du Laboratoire national des accélérateurs SLAC du Département de l’énergie. et l’Université de Stanford ont rapporté dans Physique naturalelle aujourd’hui.

„За разлика от всички други свръхпроводници, които познаваме, CDW се появяват преди même que nous ne dopions le material en remplaçant certain atoms par d’autres pour modifier le nombre d’électrons libres de se displacer“, заяви Wei-Sheng Lee, учен и директор на chercheur дю СЛАК. със Станфордския институт за наука за материалите и енергията (SIMES) qui a dirigé l’tude.

« Cela fait des nickelates un nouveau système très intéressant – un nouveau terrain de jeu za étudier les supraconducteurs non conventionals. »

Никелати и купрати

Au cours des 35 années qui se sont écoulées depuis la découverte des premiers supraconducteurs «à haute température» non conventionals, les chercherches se sont efforcés d’en trouver un capable de transporter l’électricité sans perte à une température proche de la temperature ambiante. Ce serait un développement révolutionnaire, des choses comme des lignes électriques parfaitement efficaciouses, des trains maglev et une foule d’autres technology futuristes et économes en énergie.

Mais alors qu’un усилие de recherche mondial vigorousux a identifié de nombreux aspects de leur nature et de leur comportement, les gens ne savent toujours pas exactement comment ces materiaurs deviennent supraconducteurs.

Ainsi, la découverte des pouvoirs supraconducteurs du nickelate par les chercheurs du SIMES il ya trois ans était passionatenante car elle a donné aux scientifiques une nouvelle perspective sur le problème.

Depuis lors, les chercheurs du SIMES ont exploré la structure électronique des nickelates – по същество le comportement de leurs électrons – et leur comportement magnétique. Ces études ont révélé des similitudes importantes et des différences subtiles entre les nickelates et les oxydes ou cuprates de cuivre – les premiers superconducteurs à haute temperature jamais découverts et toujours les détenteurs du record mondial de fonctionnée à haute temperature à des pressions quodiiennes.

Étant donné que le nickel et le cuivre se trouven côte à côte sur le tableau périodique des éléments, les scientifiques n’était pas surpris d’y voir une parenté et avaient en fait soupçonné que les nickelates pourauint faire de bons supraconducteurs. Mais il s’est avéré изключително труден de construire des materials ayant exactement les bonnes caractéristiques.

„C’est encore très nouveau“, заяви Лий. « Les gens ont encore du mal à synthétiser des films minces de ces materials et à comprendre comment différentes conditions peuvent affecter les méchanismes sous-jacents sous-jacents liés à la supraconductivité. »

Ondulations d’électrons gelés

Les CDW ne sont que l’un des états étranges de la matière qui se bousculent pour être proéminents dans les matériaux supraconducteurs. Vous pouvez les considerar comme un motiv d’ondulations d’électrons gelées superposées à la structure atomique du material, avec une densità d’électrons plus élevé dans les pics des ondulations et une densità d’électrons plus faible dans les creux.

Au fur et à mesure que les chercheurs ajustent la temperature et le niveau de dopage du material, divers états appear et disparaissent. Lorsque les conditions sont idéales, les électrons du materiel perdent leur identité individuelle et form une soupe d’électrons, et des états quantiques tels que la supraconductivité et les CDW peuvent émerger.

Une étude antérieure du groupe SIMES n’a pas trouvé de CDW dans les nickelates contenant le néodyme, élément de terre rare. Mais dans cette dernière étude, l’équipe SIMES a created et examiné un autre material de nickelate où le neodyme a été replaced par un autre élément de terre rare, le lanthane.

« L’émergence des CDW peut être très sensible à des facteurs tels que la tension ou le désordre dans leur environnement, qui peuvent être réglés en utilisant différences éléments de terres rares », a expliqué Matteo Rossi, qui a dirigé les experients alors qu’ il était chercheur постдокторант в SLAC.

L’équipe a réalisé des exériences sur triis luminuses à rayons X – la Diamond Light Source au Royaume-Uni, la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource от SLAC и la Advanced Light Source от Lawrence Berkeley National Laboratory du DOE. Chacune de ces installations offrait des outils spécialisés pour sonder et comprendre le material à un niveau fundamental. Toutes les exériences ont dû être réalisées à distance en raison des restrictions pandemique.

«По същество автодопингиран»

Les exériences ont montré que ce nickelate pouvait héberger à la fois des CDW et des états supraconducteurs de la matière – et que ces états étaiten présentes avant même que le materiale ne soit dopé. C’était surprendent, car le dopage est generalement un élément essentielle pour amener les materiaux à la supraconduction.

Lee a declarée que le fait que ce ce nickelate soit по същество autodopant le rend significatment différence des cuprates.

„Cela fait des nickelates un nouveau système très intéressant pour étudier comment ces phases quantiques se font concurrence ou s’entremêlent“, at-il declaré. « Et cela signifie que de nombreux outils utilisés pour étudier d’autres supraconducteurs non conventionals peuvent également être pertinent pour celui-ci. »

Използвани са мостри в този етюд, синтезиран в лабораторията на Станфорд и от професор SLAC и директор на SIMES, Харолд Хуанг. Le financement principal е мястото на Службата за наука на DOE. La source de lumière à rayonnement synchrotron de Stanford и la source de lumière advanced sont des installations d’utilisateurs du DOE Office of Science.