Högtemperatur superledare, som bär el med noll motstånd vid mycket högre temperaturer än konventionella supraledande material, har skapat mycket spänning sedan de upptäcktes för mer än 30 år sedan på grund av deras potential att revolutionera teknik som maglevtåg och fjärrledningar. Men forskare förstår fortfarande inte hur de fungerar.

En pusselbit är det faktum att laddningsdensitetsvågor-statiska ränder med högre och lägre elektrontäthet som löper genom ett material-har hittats i en av de stora familjerna med högtemperatur superledare, kopparbaserade koppar. Men förbättrar dessa laddningsränder supraledning, undertrycka det eller spela någon annan roll?

I fristående studier, två forskargrupper rapporterar viktiga framsteg när det gäller att förstå hur laddningsränder kan interagera med supraledning. Båda studierna utfördes med röntgenstrålar vid Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory.

Utsökt detalj

I en artikel publicerad idag Vetenskapliga framsteg , forskare från University of Illinois i Urbana-Champaign (UIUC) använde SLAC:s Linac Coherent Light Source (LCLS) röntgenfri elektronlaser för att observera fluktuationer i laddningstäthetsvågor i en kuperad superledare.

De störde laddningstäthetsvågorna med pulser från en konventionell laser och använde sedan RIXS, eller resonant oelastisk röntgenspridning, att se vågorna återhämta sig under en period på några biljoner tiondelar av en sekund. Denna återhämtningsprocess betedde sig enligt en universell dynamisk skalningslag:Den var densamma i alla skalor, ungefär som ett fraktalt mönster ser likadant ut om du zoomar in eller zoomar ut.

Med LCLS, forskarna kunde mäta, för första gången och i utsökt detalj, exakt hur långt och hur snabbt laddningstäthetsvågorna fluktuerade. Till deras förvåning, laget upptäckte att fluktuationerna inte var som att ringa på en klocka eller studsa från en studsmatta; istället, de liknade mer den långsamma spridningen av en sirap - en kvantanalog för flytande kristallbeteende, som aldrig setts tidigare i en solid.

"Våra experiment på LCLS etablerar ett nytt sätt att studera fluktuationer i laddningstäthetsvågor, vilket kan leda till en ny förståelse för hur högtemperatur superledare fungerar, "säger Matteo Mitrano, en postdoktor i professor Peter Abbamontes grupp vid UIUC.

I detta team fanns också forskare från Stanford University, National Institute of Standards and Technology och Brookhaven National Laboratory.

Dolda arrangemang

En annan studie, rapporterade förra månaden i Naturkommunikation , använde röntgenstrålar från SLAC:s Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) för att upptäcka två typer av laddningstäthetsvågarrangemang, skapa en ny länk mellan dessa vågor och högtemperatur supraledning.

Leds av SLAC-forskaren Jun-Sik Lee, forskargruppen använde RSXS, eller resonant mjuk röntgenspridning, för att se hur temperaturen påverkade laddningstäthetsvågorna i en superleder med koppar.

"Detta löser en felaktig överensstämmelse i data från tidigare experiment och kartlägger en ny kurs för att helt kartlägga beteenden hos elektroner i dessa exotiska supraledande material, "Säger Lee.

"Jag tror att utforska nya eller dolda arrangemang, liksom deras sammanflätade fenomen, kommer att bidra till vår förståelse av supraledning vid hög temperatur i kuprater, som kommer att informera forskare i deras strävan att designa och utveckla nya superledare som arbetar vid varmare temperaturer. "