Intensiva laserpulser användes för att foto-excitera vismutatföreningar, där "laddningstäthet-vågor" (vänster sida) samexisterar med supraledning (höger sida). Upphovsman:Joerg M. Harms, MPSD
En studie som leds av forskare vid Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) vid Center for Free-Electron Laser Science i Hamburg visar tecken på samexistensen av superledning och "laddningstäthetsvågor" i föreningar av dåligt studerad vismutatfamilj. Denna observation öppnar nya perspektiv för en djupare förståelse av fenomenet högtemperatur supraledning, ett ämne som har varit kärnan i forskning om kondensat material sedan mer än 30 år tillbaka. Papperet av Nicoletti et al har publicerats i PNAS .
Sedan början av 1900 -talet har supraledning hade observerats i vissa metaller vid temperaturer bara några grader över den absoluta nollan (minus 273 grader Celsius). Först på 1980 -talet, fysiker lyckades syntetisera nya klasser av föreningar, baserat på keramiska material, som kunde leda elektricitet utan förluster vid temperaturer så höga som 138 K (minus 135 grader Celsius). Dessa fick namnet "högtemperatur superledare".
Den mest kända och starkt studerade familjen med högtemperatur superledare är kopparernas, som visar överlägset de högsta kritiska temperaturerna (dvs. temperaturen under vilken supraledning uppstår), och är därför de mest lovande för applikationer. Dock, det finns en mängd andra föreningar, som också visar supraledning vid ganska höga temperaturer, bland dem de nyligen upptäckta järnpnictiderna.
En universell bild som kan beskriva fysiken bakom fenomenet högtemperatur supraledning saknas fortfarande. Dock, en viktig gemensamhet mellan nästan alla högtemperatur superledare är uppkomsten av supraledning i närheten av andra exotiska faser av materia, såsom "laddningstäthetsvågorna". Alla dessa material kan vanligtvis ställas in från en fas till en annan, möjligen uppnå supraledning, genom kemisk dopning, yttre tryck, eller magnetfält. Dock, det subtila samspelet mellan dessa faser förblir dåligt förstått, och i vissa fall, det finns bevis för att laddningstäthetsvågor och supraledning till och med kan samexistera mikroskopiskt i samma förening.
Under sådana omständigheter, experiment utförda med stimulerande material med ultrakort, intensiva laserpulser (så korta som några hundratals femtosekunder) har tidigare visat sig ge nya insikter i fysiken i dessa system. Till exempel, gruppen av Andrea Cavalleri vid MPSD i Hamburg har redan framgångsrikt visat att, i vissa kopparföreningar, sådana pulser kan användas för att ta bort laddningstäthetsvågor och främja supraledning vid högre temperaturer, möjligen till och med upp till rumstemperatur (W. Hu, Naturmaterial , 13, 705–711 och R. Mankowsky, Natur 516, 71–73).
I det nuvarande arbetet, Nicoletti, Cavalleri och medarbetare fokuserade på olika föreningar, tillhör den dåligt studerade vismutatfamiljen. Dessa superledare upptäcktes på 1970 -talet, även före kuperna, men de väckte mindre uppmärksamhet på grund av deras mycket lägre kritiska temperaturer (cirka 30 K). De delar många gemensamma, men också vissa skillnader med sina mer kända släktingar. Särskilt, den så kallade "moderföreningen", BaBiO (3), har en robust laddningsdensitetsvågfas, varifrån supraledning uppstår genom kemisk substitution.
Högkvalitativa kristaller av BaPb 1-x BixO 3 , med olika Pb -koncentrationer "x", syntetiserades och kännetecknades av Ian R. Fisher och P. Giraldo-Gallo vid Stanford University, Kalifornien. Hamburgteamet utförde en rad experiment på dessa kristaller, där de fotoexciterade materialen med mycket korta och intensiva laserpulser och mätte hur deras konduktivitet övergående modifierades och avslappnade tillbaka till det ursprungliga värdet inom några pikosekunder. Genom att analysera beroende av sådan signal på frekvens, temperatur, och Pb -koncentration, de kunde unikt tilldela den en modifiering av laddningstäthetsvågfasen som induceras av laserfältet.
"Slående", säger Nicoletti, "vi kunde mäta detta svar inte bara i moderföreningen BaBiO 3 , för vilken det är väl känt att det finns en laddningstäthetsvåg, men också i en Pb-dopad supraledande förening. Denna observation är en indirekt demonstration av samexistensen av laddningstäthetsvågor och supraledning i samma material, något som har diskuterats tidigare, men aldrig definitivt etablerad i denna materialklass ”.
Forskarna kunde också exakt bestämma energivågorna i samband med modifieringen av laddningstäthetsvågorna, vilket ger ny information om deras dynamiska samspel med supraledning i vismutater.
Dessa resultat är särskilt tidsmässigt med tanke på att laddningstäthetsvågor nyligen har hittats i flera superledare, pekar på en överraskande gemensamhet mellan vissa aspekter av dessa material. Föreliggande experiment är ett ytterligare exempel på hur ljus kan användas för att undersöka, kontrollera, och manipulera komplexa material. Ett av de slutliga målen med denna forskning är att ge vägledning för materialteknik för att utveckla nya funktioner vid allt högre temperaturer.
