Magnetismi ja korkean lämpötilan suprajohteet

Pyrkiessään löytämään lisää hyödyllisiä suprajohtimia Cornellin fyysikko Brad Ramshaw ja kollegat ovat havainneet, että magnetismi on avainasemassa elektronien käyttäytymisen korkean lämpötilan suprajohteiden ymmärtämisessä.

"Haluaisimme ymmärtää, mikä saa nämä korkean lämpötilan suprajohteet toimimaan ja muokkaamaan sen ominaisuuden joksikin muuksi materiaaliksi, joka on helpompi ottaa teknologioiden käyttöön. Keskeinen mysteeri korkean lämpötilan suprajohtimille on se, mitä tapahtuu niiden elektroneille, Ramshaw sanoo.

"Kun metallista tulee suprajohde, sen elektronit muodostavat parin keskenään", hän jatkaa. "Me arvioimme "Fermi-pintaa", jota voi ajatella karttana, joka näyttää missä kaikki elektronit ovat metallissa.

Tutkiakseen, kuinka elektronit pariutuvat korkean lämpötilan suprajohteissa, tutkijat muuttavat jatkuvasti elektronien määrää materiaalin seostusprosessilla. Korkean lämpötilan suprajohtimissa tietyssä "kriittisessä kohdassa" elektronit näyttävät katoavan Fermin pintakartalta, Ramshaw sanoi.

Tutkijat nollasivat tämän kriittisen kohdan selvittääkseen, mikä saa elektronit katoamaan ja minne ne menevät. He käyttivät National High Magnetic Field Laboratoryn 45 teslan hybridimagneettia, mittaamaan suprajohteen Fermi-pintaa elektronipitoisuuden funktiona kriittisen pisteen ympärillä.

He havaitsivat, että Fermin pinta muuttuu täysin, kun tutkijat siirtyvät kriittisen pisteen ohi. Korkean lämpötilan suprajohteiden Fermi-pinnalle kriittisessä kohdassa suurin osa elektroneista tietyllä alueella, tietyssä kartan osassa, katoaa.

He kokeilivat erilaisia simulaatiomalleja useiden teorioiden pohjalta ja testasivat, pystyivätkö ne selittämään dataa, sanoo fysiikan tohtoriopiskelija Yawen Fang, Lopulta voittava malli liittyy magnetismiin".

"Aina on ollut vihjeitä siitä, että magnetismi ja suprajohtavuus liittyvät toisiinsa korkean lämpötilan suprajohtimissa ja työmme osoittaa, että tämä magnetismi näyttää ilmestyvän juuri kriittisessä pisteessä ja ahmivan suurimman osan elektroneista", Ramshaw sanoo. "Tämä kriittinen piste merkitsee myös elektronipitoisuutta, jossa suprajohtavuus tapahtuu korkeimmissa lämpötiloissa ja korkeamman lämpötilan suprajohteet ovat tässä tavoite."

Tietäen, että kriittinen kohta liittyy magnetismiin, tarjoaa käsityksen siitä, miksi näillä erityisillä suprajohtimilla on niin korkeat siirtymälämpötilat ja ehkä jopa sen mistä etsiä uusia, joilla on vielä korkeammat siirtymälämpötilat arvioi Ramshaw.

"Se on 30 vuotta vanha keskustelu, joka edeltää tutkimustamme ja saimme nyt suoran vastauksen", kommentoi Gaël Grissonnanche, Cornell for Nanoscale Science Kavli -instituutin tutkijatohtori ja toinen kirjoittaja.

Aiheesta aiemmin:

Uusia vihjeitä suprajohtavuudesta

Kahdenlaisia varauksenkantajia suprajohteissa