Ett team av forskare från det amerikanska energidepartementets Ames National Laboratory och SLAC National Accelerator Laboratory har tillhandahållit nya data och analyser om nickelater i oändliga skikt. Detta material är en nyligen upptäckt klass av okonventionella supraledare. Resultaten ger nya insikter om hur dessa supraledare fungerar och hur de skiljer sig från andra supraledare.
Uppsatsen "Evidence for d-wave superconductivity of infinite-layer nickelates from low-energy electrodynamics," har publicerats i Nature Materials .
Supraledning är när ett material leder elektricitet utan energiförlust under en kritisk temperatur. Supraledare används i teknik som MRI-maskiner och kvantdatorer.
Det finns två typer av supraledare, konventionella och okonventionella. Den största skillnaden mellan de två typerna är den kritiska temperaturen. Konventionella supraledare arbetar vanligtvis vid ultralåga temperaturer. Många okonventionella supraledare arbetar vid högre (men fortfarande mycket låga) temperaturer. Forskare söker högre temperaturer för att öppna upp nya användningsområden för supraledare, men också för att avslöja de mekanismer som ger upphov till dessa okonventionella beteenden.
Enligt Jigang Wang, en forskare vid Ames Lab, är supraledare också olika på elektronisk nivå. När en supraledare når sin kritiska temperatur bildas elektronpar som kallas Cooper-par. Dessa Cooper-par skapar ett supraledande gap. Detta gap är den minsta energi som behövs för att få elektroner att röra sig individuellt.
I konventionella supraledare är gapet lika stort i alla riktningar (till exempel i s-vågssupraledning). I okonventionella supraledare kan dock gapstorleken vara olika beroende på riktningen elektronerna strömmar (till exempel i d-vågssupraledning).
"En av de senaste och potentiellt banbrytande okonventionella supraledarna är nickelater i oändliga skikt", säger Bing Cheng, en postdoktor vid Wang's Lab. Detta material upptäcktes ursprungligen av Harold Hwang vid SLAC, också en del av forskargruppen.
Oändligt lager nickelater är extremt tunna och komplexa och existerar som filmer på andra material. Dessa egenskaper gör det svårt att använda de konventionella verktygen för att undersöka de grundläggande egenskaperna hos dessa supraledare.
För att möta denna utmaning använde Wangs team vid Ames Lab sin expertis inom terahertzvågspektroskopi för att undersöka nickelat. Med dessa verktyg mätte de gapstorlekarna och upptäckte snabba supraledande fluktuationer när materialet är nära eller över sin kritiska temperatur.
Deras resultat bekräftade att materialet har en d-vågssupraledning, som liknar några okonventionella supraledare som identifierats av Zhi-Xun Shen, en medlem av teamet från Stanford University. Shen har ägnat mer än tre decennier åt att reda ut hemligheterna bakom d-vågssupraledning.
Enligt Wang är förståelsen av okonventionell supraledning fortfarande en av de största utmaningarna inom kondenserad materia och materialfysik idag. "Det finns fortfarande debatter om vad som limmar elektronerna i Cooper-par," sa han. Men att förstå dessa nickelater kan erbjuda en lösning på detta mångåriga pussel.
Mer information: Bing Cheng et al., Bevis för d-vågssupraledning hos oändligt lager nickelater från lågenergielektrodynamik, Naturmaterial (2024). DOI:10.1038/s41563-023-01766-z
Journalinformation: Naturmaterial
Tillhandahålls av Ames National Laboratory
