Atomivääristymät paljastavat uusia vihjeitä suprajohtavuudesta

Cornellin yliopiston tutkijaryhmä on tunnistanut lupaavassa nikkelipohjaisten materiaalien luokassa atomien vääristymiä, jotka saattavat liittyä korkean lämpötilan suprajohtavuuteen. Tämä tarjoaa uutta tietoa siitä, miten seuraavan sukupolven suprajohteita voitaisiin suunnitella.

Ymmärrys siitä, miten ja miksi suprajohtavuus syntyy korkeammissa lämpötiloissa joissakin materiaaleissa, on edelleen suuri haaste fysiikassa ja materiaalitieteessä. Nature-lehdessä julkaistu uusi tutkimus osoittaa, kuinka pienet muutokset atomirakenteessa voivat vaikuttaa voimakkaasti siihen, tuleeko materiaalista suprajohtava.

Tutkimusta johtivat Berit Goodge ja Lopa Bhatt. He työskentelivät yhdysvaltalaisten ja eurooppalaisten laitosten tiedemiesryhmän kanssa selvittääkseen, miksi nikkelioksidi (nikkelaatti) -yhdisteestä, kaksoiskerroksesta eli lantaani-nikkelioksidista, tulee suprajohtavaa korkeassa paineessa kiinteässä kidemuodossa ja jännityksen alaisena ohutkalvomuodossa.

Keskeinen kysymys oli, miten atomin rakenteen hienovaraiset muutokset, erityisesti nikkeli-happi -sidoksissa, vaikuttavat suprajohtavuuden mahdollistaviin elektronisiin ominaisuuksiin.Tiimi tunnisti atomien vääristymiä käyttämällä yhdistelmää elektronimikroskopiatekniikoita sekä uudenlaista ohutkalvosynteesiä.

Nikkelaattiyhdiste on äskettäin herättänyt huomiota suprajohtavuutensa ansiosta suhteellisen korkeissa lämpötiloissa äärimmäisissä olosuhteissa.

Työssään tutkijat tarkastelivat nikkelaattiohutkalvoja, jotka oli kasvatettu erilaisille alustoille, jotka kohdistavat materiaaliin vaihtelevia rasituksia. Tutkimalla systemaattista sarjaa eri rasituksia omaavia kalvoja tutkijat pystyivät tunnistamaan olennaiset rakenteelliset ominaisuudet ja niiden vaikutuksen sähköisiin muutoksiin.

”Yhdistämällä useiden synteesin, karakterisoinnin ja teorian asiantuntijoiden asiantuntemuksen voisimme rakentaa systemaattisen ja kattavan kuvan siitä, miten näiden nikkelaattien hienovaraiset atomivääristymät voivat liittyä suprajohtavuuteen ja miten niitä voidaan hallita”, Goodge sanoi. ”Tämä auttaa meitä ymmärtämään, miten vastaavien materiaalien huolellinen suunnittelu tulevaisuudessa voisi edelleen parantaa niiden suprajohtavia ominaisuuksia, ja tarjoaa inspiraatiota siitä, mistä etsiä muita lupaavia yhdisteitä.”

Aiheesta aiemmin:

Suprajohtavuutta viritellen

MXenet astuvat uuteen ulottuvuuteen ja suprajohtavuuteen

Pseudogap ja suprajohtavuus