Stamcell som används för att sträcka kristallen samtidigt som den elektriska resistiviteten mäts in situ för att undersöka den elektroniska nematiska ordningen som en funktion av töjning, temperatur, magnetfält och kemisk sammansättning. Kredit:Eckberg et al.
Högtemperatursupraledare, material som blir supraledande vid ovanligt höga temperaturer, är nyckelkomponenter i en mängd olika tekniska verktyg, inklusive MRI-maskiner och partikelacceleratorer. Nyligen, fysiker har observerat att de två familjerna av kända högtemperatursupraledare – koppar- och järnbaserade föreningar – båda uppvisar ett unikt fenomen där elektroniska frihetsgrader kan bryta den övergripande kristallrotationssymmetrin och bilda vad som kallas den elektroniska nematiska fasen .
I likhet med flytande kristallfasen, det spontana brytandet av symmetrier av elektroner är förståeligt, förutom det faktum att elektroner inte är molekyler med oregelbundna former. Dessutom, elektroner tenderar att vara involverade i andra egenskaper som magnetism, så att förstå rollen av "nematicitet" kan vara ganska utmanande, eftersom det ofta finns i samexistens med andra ordningar såsom magnetism.
Fysiker vid University of Maryland och University of Illinois-Urbana Champaign, i samarbete med teoretiker vid University of Minnesota, har nyligen genomfört en studie som syftar till att bättre förstå den elektroniska nematiska fasen i olika högtemperatursupraledare. Deras papper, publicerad i Naturfysik , bygger på idéer och observationer som de samlat på sig under flera års forskning.
Samma team av forskare började undersöka järnbaserade supraledare för ungefär 10 år sedan. De har sedan dess publicerat ett flertal artiklar som fokuserar specifikt på den elektroniska nematiska fasen.
"Vissa järnsupraledare med samma kristallstruktur som Ba 1− x Sr x Ni 2 Som 2 är kända för att "kollaps" vid låga temperaturer, "Dr Johnpierre Paglione, studiens huvudforskare, berättade för Phys.org. "Intresserad av denna observation, vi började leta efter samma kollapsande effekt i det nickelbaserade systemet genom att studera dess kristallstruktur vid låga temperaturer. När du gör detta, vi upptäckte att en helt annan fasövergång sker, kallas avgiftsbeställning."
I deras senaste studie, forskarna försökte avgöra om laddningsordningen som de tidigare observerat i nickelbaserade supraledare också åtföljs av den nematiska fasen. De studerade specifikt materialet Ba 1− x Sr x Ni 2 Som 2 , som har en struktur som liknar den hos järnbaserade supraledare.
Elastoresistivitetsuppsättning - två identiska kristaller monterade på en piezoelektrisk enhet som sträcker var och en av dem samtidigt som resistiviteten mäts. I experimentet som utfördes av forskarna, töjningen appliceras både parallellt och vinkelrätt mot den elektriska mätningen och jämförelsen av de två gör det möjligt att extrahera det nematiska svaret (normalt noll i vanliga metaller). Kredit:Eckberg et al.
"Vi visste att BaNi i båda "slutelement"-föreningarna 2 Som 2 och SrNi 2 Som 2 , supraledning existerar vid mycket låga temperaturer (under 1 Kelvin) och vi var mycket intresserade av att den verkade mycket lika till karaktären i båda systemen, även om BaNi 2 Som 2 har all denna galna fysik på gång och SrNi 2 Som 2 är i grunden en citron, " förklarade Paglione. "Vi började alltså göra legeringar av de två, blanda barium och strontium på ett systematiskt sätt för att gå från ena änden till den andra på ett kontinuerligt sätt."
Intressant, Paglione och hans kollegor observerade att när deras legeringar befann sig någonstans mellan barium- och strontiumföreningarna (vid cirka 70% Sr) dödades deras laddningsordning fullständigt (d.v.s. undertryckt till absolut nolltemperatur), medan deras nematiska fluktuationssignaturer förblev starka. De fann också att vid toppen av dessa fluktuationer förstärktes materialets supraledning med en faktor på sex (dvs. övergångstemperaturen pumpades upp från 0,6 K till 3,5 K).
Denna observation är svår att förklara med konventionella teorier och av supraledning och andra tillvägagångssätt. De drog alltså slutsatsen att det måste vara ett resultat av nematiska fluktuationer.
"Vår studie har viktiga konsekvenser, eftersom vi känner till inställningsratten för att göra detta, och det finns ingen irriterande magnetism som komplicerar den teoretiska tolkningen, så vår tolkning ger en väg mot att finjustera material för att få superledning vid hög temperatur, " sa Dr. Paglione.
Övergripande, Paglione och hans kollegor observerade ett direkt samband mellan förbättrad parning och nematiska fluktuationer i modellsystemet de undersökte. I framtiden, den insikt som samlats in i deras studie skulle kunna ge information till framtida studier som undersöker rollen av nematicitet för att stärka supraledning.
"Vi fokuserar för närvarande på den heta zonen runt 70%Sr för att se hur fint vi kan ställa in saker med andra rattar i labbet, som tryck och belastning, Dr. Paglione sa. "Samtidigt söker vi efter andra material som visar liknande egenskaper och därför kan vara artificiellt inställda för att också bli supraledare, förhoppningsvis nära rumstemperatur."
© 2020 Science X Network
