Högtemperatursupraledning är något av en helig gral för forskare som studerar kvantmaterial. Supraledare, som leder elektricitet utan att avleda energi, lovar att revolutionera våra energi- och telekommunikationskraftsystem. Men supraledare arbetar vanligtvis vid extremt låga temperaturer, vilket kräver komplicerade frysar eller dyra kylmedel. Av denna anledning har forskare obevekligt arbetat med att förstå de grundläggande mekanismerna till basen av högtemperatursupraledning med det slutliga målet att designa och konstruera nya kvantmaterial som är supraledande nära rumstemperatur.

Fabio Boschini, professor vid Institut national de la recherche scientifique (INRS), och nordamerikanska forskare studerade dynamiken hos supraledaren yttriumbariumkopparoxid (YBCO), som erbjuder supraledning vid högre temperaturer än normalt, via tidsupplöst resonans Röntgenspridning vid Linac Coherent Light Source (LCLS) frielektronlaser, SLAC (USA). Forskningen publicerades den 19 maj i Science . I denna nya studie har forskare kunnat spåra hur laddningstäthetsvågor i YBCO reagerar på en plötslig "släckning" av supraledningsförmågan, inducerad av en intensiv laserpuls.

"Vi lär oss att laddningstäthetsvågor – självorganiserade elektroner som beter sig som krusningar i vatten – och supraledning interagerar i nanoskala på ultrasnabba tidsskalor. Det finns ett mycket djupt samband mellan uppkomsten av supraledning och laddningstäthetsvågor", säger Fabio Boschini, co. -utredare på detta projekt och affiliate utredare vid Stewart Blusson Quantum Matter Institute (Blusson QMI).

"Fram till för några år sedan underskattade forskare vikten av dynamiken i dessa material", säger Giacomo Coslovich, ledande utredare och personalforskare vid SLAC National Accelerator Laboratory i Kalifornien. "Tills detta samarbete kom samman hade vi verkligen inte verktygen för att bedöma laddningstäthetens vågdynamik i dessa material. Möjligheten att titta på utvecklingen av laddningsordningen är endast möjlig tack vare att team som vårt delar resurser, och av användning av en frielektronlaser för att ge ny insikt i materiens dynamiska egenskaper."

På grund av en bättre bild av de dynamiska interaktionerna bakom högtemperatursupraledare är forskarna optimistiska att de kan arbeta med teoretiska fysiker för att utveckla ett ramverk för en mer nyanserad förståelse av hur högtemperatursupraledning uppstår.

Samarbete är nyckeln

Det aktuella arbetet kom till från ett samarbete mellan forskare från flera ledande forskningscentra och strållinjer. "Vi började köra våra första experiment i slutet av 2015 med den första karakteriseringen av materialet vid den kanadensiska ljuskällan, säger Boschini. Med tiden kom projektet att involvera många Blusson QMI-forskare, som MengXing Na som jag mentor och introducerade till detta arbete. Hon var en integrerad del av dataanalysen."

"Detta arbete är meningsfullt av ett antal anledningar, men det visar också verkligen vikten av att bilda långvariga, meningsfulla samarbeten och relationer", sa Na. "Vissa projekt tar väldigt lång tid, och det är en ära till Giacomos ledarskap och uthållighet att vi kom hit."

Projektet har kopplat samman minst tre generationer av forskare, och följt några när de utvecklats genom sina postdoktorala karriärer och till fakultetsbefattningar. Forskarna är glada över att utöka detta arbete genom att använda ljus som en optisk ratt för att styra på- och av-tillståndet för supraledning. + Utforska vidare

Studie ger nya möjligheter att utlösa supraledning i rumstemperatur med ljus