Fig. 1 Resonant oelastisk röntgenspridning avslöjar akustiska plasmoner associerade med syreatomer i håldopade skiktade kupratsupraledare. Kredit:Diamond Light Source
Förekomsten av akustiska plasmoner i p-typ (håldopade) kupratsupraledare har nu bekräftats av Dr Ke-Jin Zhou och hans team som använder högupplösta RIXS (Resonant Inelastic X-ray Scattering), vid Diamond Light Sources I21 strållinje. Denna upptäckt beskrivs i deras nyligen publicerade tidning i Fysiska granskningsbrev öppnar nya möjligheter att studera och förstå dessa kollektiva laddningsexcitationer och deras roll i supraledning. Detta kan göra det möjligt att designa supraledare med mycket hög temperatur, som lämpar sig för praktiska tillämpningar som högeffektiv energiöverföring.
Cuprat supraledare är en familj av keramiska föreningar där isolerande block är inklämda mellan lager av koppar och syreatomer. När dopad med lämpliga atomer, dessa material blir supraledare, det är, elektrisk resistivitet faller till noll under kritiska temperaturer. Forskare strävar ständigt efter att designa supraledare som kan fungera vid rumstemperatur. Dock, detta kräver en mer fullständig förståelse för hur dopade laddningar beter sig kollektivt.
Principal Beamline Scientist på Diamond, och chefsutredare, Dr Ke-Jin Zhou förklarar att 2018, forskare vid Stanford University som använder RIXS vid European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), äntligen gjorde ett genombrott och upptäckte akustiska plasmoner, en typ av kollektiva laddningsexitationer, i en n-typ (elektrondopad) kupratsupraledare 1 . På grund av dess laddningskänslighet, RIXS är det perfekta verktyget för att studera kollektivt laddningsbeteende. Det ger en mycket mer komplett bild än (till exempel) oelastisk neutronspridning, optisk Raman-spridning eller elektronenergiförlustspektroskopi. Stanford-forskarna undersökte den elektrondopade kuprat-LCCO (lantan cerium kopparoxid), använda Cu L 3 -RIXS, som fokuserar på kopparatomerna.
Använder RIXS på Diamond, år 2020, teamet bekräftade förekomsten av akustiska plasmoner i p-typ håldopade kupratsupraledare och att de främst är associerade med syreatomerna. "Detta är anmärkningsvärda resultat. Det verkar som om de kollektiva laddningsexcitationerna har en stark preferens i rymden, trots att laddningarna förknippade med Cu- och O-atomer är starkt hybridiserade med varandra. Att förstå detta kan hjälpa oss att klargöra grundtillståndet för kupratsupraledarna, ", säger huvudförfattaren Dr. Abhishek Nag.
Det finns inte många n-typ kuprater, och de har relativt låga kritiska temperaturer. Detta innebär att de erbjuder begränsade möjligheter för forskare som vill utforska hur detta kollektiva beteende förändras med temperaturen. Det finns ett större antal p-typ (håldopade) kuprater, och de har i allmänhet högre övergångstemperaturer. Att hitta akustiska plasmoner i p-typ cuprates förtydligar deras universella närvaro, oavsett tecknet på de dopade laddningarna i kupratsupraledare, och även öppna nya vägar för forskning.
Fig. 2. I21 RIXS strållinje vid Diamond Light Source, STORBRITANNIEN, vars nya förmåga till kontinuerlig spektrometerrotation har lett till denna upptäckt. Kredit:Diamond Light Source
Studien är inte begränsad till cuprates. RIXS kan också belysa plasmonbeteende i andra skiktade supraledare, inklusive järn-pnictider och de nyfunna nickelatsuperledarna.
"Syftet med denna forskning är att förbättra vår grundläggande förståelse av mekanismen genom vilken supraledning uppstår. Eftersom vi nu vet att akustiska plasmoner finns i både n- och p-typ cuprates supraledare, och de specifika vägarna för att studera dem i varje typ, vi kan fokusera på att ta reda på om de spelar någon roll i supraledning. Detta kan, i tur och ordning, gör det möjligt att designa supraledare med mycket hög temperatur, som lämpar sig för praktiska tillämpningar som högeffektiv energiöverföring, " tillägger Dr Ke-Jin Zhou.
Teamet säger att det rapporterade arbetet bara markerar början på plasmonforskningen i supraledare. De planerar att fortsätta använda RIXS för att utforska akustiska plasmoner i cuprate supraledare, undersöka olika material, och olika nivåer av doping, vid ett temperaturintervall över och under den kritiska temperaturen.
Studien beskriver hur de visade förekomsten av starkt dispersiva lågfrekventa akustiska plasmoner i ett omfattande O K -RIXS studie av två representativa p-typ kupratmaterial:La 1,84 Sr 0,16 CuO 4 (LSCO) och Bi 2 Sr 1.6 La 0,4 CuO 6+5 (Bi2201). Deras resultat visar att karaktären hos akustiska plasmoner liknar kuprater med olika typer av dopade laddningar.
Uppsatsen "The nature of plasmon excitations in hole-doped cuprate supraconductors" publiceras i Fysiska granskningsbrev .
