Superledare är kvantmaterial som är perfekta sändare av elektricitet och elektronisk information. Nuvarande, cuprates är den bästa kandidaten för supraledning med hög temperatur vid omgivande tryck, arbetar vid cirka -120 °C. Att förbättra detta innebär att förstå konkurrerande faser, varav en nu har identifierats. Kredit:MPI CPfS, artistkredit till K. Fujita, Brookhaven National Lab
Supraledare är kvantmaterial som är perfekta sändare av elektricitet och elektronisk information. Även om de utgör den tekniska grunden för solid-state quantum computing, de är också dess nyckelbegränsande faktor eftersom konventionella superledare bara arbetar vid temperaturer nära -270 ° C. Detta har motiverat ett världsomspännande lopp för att försöka upptäcka supraledare med högre temperatur. Material som innehåller CuO 2 kristallskikt (kuprater) är, för närvarande, den bästa kandidaten för högsta temperatur supraledning, arbetar vid cirka -120 °C. Men supraledning i rumstemperatur i dessa föreningar tycks vara frustrerad av förekomsten av en konkurrerande elektronisk fas, och fokus har nyligen legat på att identifiera och kontrollera den mystiska andra fasen.
Supraledning uppstår när elektroner bildar par med motsatt spinn och motsatt rörelsemängd, och dessa "Cooper-par" kondenserar till en homogen elektronisk vätska. Dock, teorin möjliggör också möjligheten att dessa elektronpar kristalliseras till ett "par densitet våg" (PDW) tillstånd där densiteten av par moduleras periodiskt i rymden. Intensivt teoretiskt intresse har framkommit om huruvida en sådan PDW är den konkurrerande fasen i cuprates.
För att söka efter bevis för ett sådant PDW-tillstånd, ett team som leds av prof. JC Seamus Davis (University of Oxford) och prof. Andrew P. Mackenzie (Max Planck Institute CPfS, Dresden) med viktiga samarbetspartners Dr. Stephen D. Edkins och Dr. Mohammad Hamidian (Cornell University) och Dr. Kazuhiro Fujita (Brookhaven National Lab.), använde höga magnetfält för att undertrycka den homogena supraledningsförmågan i kupratens superledare Bi 2 Sr 2 Ca 2 CuO 2 . De genomförde sedan atomskala visualisering av den elektroniska strukturen i den nya fältinducerade fasen. Under dessa omständigheter, moduleringar i densiteten hos elektroniska tillstånd som innehåller flera signaturer av ett PDW -tillstånd upptäcktes. Fenomenen överensstämmer i detalj med teoretiska förutsägelser för ett fältinducerat PDW-tillstånd, vilket innebär att det är en pardensitetsvåg som konkurrerar med supraledning i kuprater.
Denna upptäckt gör det klart att för att förstå mekanismen bakom den gåtfulla supraledningen vid hög temperatur hos kupraterna, detta exotiska PDW-tillstånd måste beaktas, och öppnar därför en ny gräns inom cuprate -forskning.
