En färsk studie publicerad i Nature Communications av forskare från Politecnico di Milano, Chalmers tekniska högskola i Göteborg och Sapienza universitet i Rom kastar ljus över ett av de många mysterierna med kopparbaserade supraledare med hög kritisk temperatur. Även vid temperaturer över den kritiska temperaturen är de speciella och beter sig som "konstiga" metaller. Det betyder att deras elektriska motstånd ändras med temperaturen annorlunda än för normala metaller.
Forskningen antyder att det finns en kvantkritisk punkt kopplad till fasen som kallas "konstig metall". Upptäckten är ett viktigt steg framåt i forskningen om supraledning. Upptäckten kan bana väg för hållbar teknik och bidra till en mer miljövänlig framtid.
"En kvantkritisk punkt identifierar specifika förhållanden där ett material genomgår en plötslig förändring i sina egenskaper enbart på grund av kvanteffekter. Precis som is smälter och blir flytande vid 0°C på grund av mikroskopiska temperatureffekter, förvandlas kuprater till en "konstig" metall pga. av kvantladdningsfluktuationer", säger Riccardo Arpaia, forskare vid institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap på Chalmers och ledande författare till studien.
Forskningen baseras på röntgenspridningsexperiment utförda vid European Synchrotron ESRF och vid den brittiska synkrotronen DLS. De avslöjar förekomsten av laddningstäthetsfluktuationer som påverkar det elektriska motståndet hos kuprater på ett sådant sätt att de gör dem "konstiga". Den systematiska mätningen av hur energin för dessa fluktuationer varierar gjorde det möjligt att identifiera värdet på laddningsbärardensiteten vid vilken denna energi är minimum:den kvantkritiska punkten.
"Detta är resultatet av mer än fem års arbete. Vi använde en teknik, kallad RIXS, till stor del utvecklad av oss på Politecnico di Milano. Tack vare många mätkampanjer och nya dataanalysmetoder kunde vi bevisa existensen av den kvantkritiska punkten En bättre förståelse av kuprater kommer att styra utformningen av ännu bättre material, med högre kritiska temperaturer, och därför lättare att utnyttja i morgondagens teknologier", tillägger Giacomo Ghiringhelli, professor vid fysikavdelningen vid Politecnico di Milano. samordnare för forskningen.
Sergio Caprara, tillsammans med sina kollegor vid institutionen för fysik vid Sapienza-universitetet i Rom, kom fram till teorin som tilldelar laddningsfluktuationer en nyckelroll i cuprates. Han säger, "Denna upptäckt representerar ett viktigt framsteg när det gäller att förstå inte bara de anomala egenskaperna hos det metalliska tillståndet hos kuprater, utan också de fortfarande oklara mekanismerna som ligger bakom supraledning vid hög temperatur."
Mer information: Riccardo Arpaia et al, Signature of quantumcriticity in cuprates by charge density fluktuations, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-42961-5
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Polytechnic University of Milan
