Ända sedan cuprate (kopparinnehållande) superledare först upptäcktes 1986, de har mycket förbryllat forskare. Kuprat -superledare har kritiska supraledande temperaturer - den punkt då deras elektriska motstånd sjunker till noll - upp till 138 K vid omgivningstryck, som överstiger de kritiska temperaturerna för andra superledare och är ännu högre än vad man tror är möjligt baserat på teori.

Nu i en ny studie, Forskare har upptäckt förekomsten av en positiv återkopplingsslinga som på ett avsevärt sätt förbättrar suprakonduktiviteten hos kuprater och kan kasta ljus över ursprunget till högtemperaturs kupratsupraledning - som anses vara en av de viktigaste öppna frågorna inom fysiken.

Forskarna, Haoxiang Li et al., vid University of Colorado i Boulder och École Polytechnique Fédérale de Lausanne, har publicerat ett papper om sina experimentella ARPES-resultat (Angle Resolved Photoemission Spectroscopy) om högtemperatur-kupratsupraledare i ett senaste nummer av Naturkommunikation .

Som forskarna förklarar, den positiva återkopplingsmekanismen härrör från det faktum att elektronerna i det icke-superledande koppartillståndet är korrelerade annorlunda än i de flesta andra system, inklusive konventionella supraledare, som har starkt koherenta elektronkorrelationer. I kontrast, kuprater i sitt icke-supraledande tillstånd har starkt osammanhängande "konstig-metall"-korrelationer, som åtminstone delvis avlägsnas eller försvagas när kopparna blir supraledande.

På grund av dessa osammanhängande elektronkorrelationer, det har varit allmänt troligt att ramverket som beskriver konventionell supraledning - som är baserat på begreppet kvasipartiklar - inte kan beskriva cuprat supraledning exakt. Faktiskt, viss forskning har föreslagit att supraledare i koppar har så ovanliga elektroniska egenskaper att även ett försök att beskriva dem med begreppet partiklar av något slag blir värdelöst.

Detta leder till frågan om, vilken roll, om någon, spelar de konstiga metallkorrelationerna i högtemperatursupratsupraledning?

Huvudresultatet av det nya papperet är att dessa korrelationer inte bara försvinner i det supraledande tillståndet, men omvandlas istället till koherenta korrelationer som leder till en förbättring av den superledande elektronparningen. Denna process resulterar i en positiv återkopplingsslinga, i vilken omvandlingen av de osammanhängande konstiga metallkorrelationerna till ett koherent tillstånd ökar antalet supraledande elektronpar, vilket i sin tur leder till mer konvertering, och så vidare.

Forskarna fann att, på grund av denna positiva återkopplingsmekanism, styrkan hos de koherenta elektronkorrelationerna i supraledande tillstånd är utan motstycke, mycket högre än vad som är möjligt för konventionella superledare. En sådan stark elektroninteraktion öppnar också möjligheten att kopplad supraledning kan uppstå på grund av en helt okonventionell parningsmekanism - en rent elektronisk parningsmekanism som kan uppstå enbart på grund av kvantfluktuationer.

"Vi upptäcker experimentellt att de inkoherenta elektronkorrelationerna i det märkliga metallens "normala tillstånd" omvandlas till koherenta korrelationer i det supraledande tillståndet som hjälper till att stärka supraledningsförmågan, med en efterföljande positiv feedbackloop, " berättade medförfattaren Dan Dessau vid University of Colorado i Boulder Phys.org . "En så stark positiv återkopplingsslinga bör stärka de flesta konventionella parningsmekanismerna men kan också möjliggöra en verkligt okonventionell (rent elektronisk) parningsmekanism."

Förvånande, forskarna fann också att de kunde beskriva sina experimentella resultat med ett halvkonventionellt kvasipartikelliknande tillvägagångssätt, trots att cuprate superledare beter sig så annorlunda än andra material.

I framtiden, forskarna planerar att undersöka om denna positiva återkopplingsmekanism kan integreras i andra material, kanske leder till nya typer av högtemperatur superledare.

"Vi kan leta efter liknande positiva återkopplingsslingor i relaterat material, och kan också använda de nyutvecklade ARPES-baserade teknikerna för att undersöka detaljerna i de elektroniska korrelationerna ännu mer i detalj, "Sa Li.

© 2018 Phys.org