Uusia vihjeitä suprajohtavuudesta

SLAC/Stanford-tutkimuksessa todettiin nikkelaattisuprajohteiden eroavan yllättävällä tavalla kupraateista. Kupraatit ovat luontaisesti eristeitä mutta tutkitut nikkelaatit ovat luonnostaan metalleja.

SLAC:n ja Stanfordin tutkijat ovat löytäneet uudesta epätavanomaisten suprajohteiden luokasta uusia salaisuuksia.

Jo viimevuotien löytö nikkelioksidista eli nikkelaatista osoitti selviä merkkejä suprajohtavuudesta mikä innosti tutkijoita ympäri maailman tutkimaan aihetta enemmän.

Materiaalin kiderakenne on samanlainen kuin kuparioksideilla eli kupraarteilla, joilla on maailmanennätys suprajohtavuudessa suhteellisen korkeissa lämpötiloissa ja normaalissa paineessa. Mutta käyttäytyvätkö sen elektronit samalla tavalla?

Sekä kupraatit että nikkelaatit ovat ohuita, kaksiulotteisia arkkeja, jotka on kerrostettu muiden aineiden, kuten harvinaisten maametallien ionien kanssa. Nämä ohuet levyt tulevat suprajohtaviksi, kun ne jäähdytetään tietyn lämpötilan alapuolelle ja niiden vapaasti virtaavien elektronien tiheys säädetään seostusprosessissa.

Kupraatit ovat eristeitä niiden esiseostetussa perustilassaan, mikä tarkoittaa, että niiden elektronit eivät ole liikkuvia. Seostuksen jälkeen elektronit voivat liikkua vapaasti, mutta ne rajoittuvat suurimmaksi osaksi kupraattikerroksiin, kulkien harvoin välissä olevan harvinaisten maametallikerrosten läpi saavuttaakseen kupraattinaapurit.

Mutta ryhmä löysi nikkelaatista toisenlaisen kuvion. Seostamaton yhdiste on metalli, jossa on vapaasti virtaavia elektroneja. Lisäksi välikerrokset tosiasiallisesti lisäävät elektroneja nikkelaattitasoihin, jolloin syntyy kolmiulotteinen metallitila, joka on aivan erilainen kuin kupraateissa nähty.

Tämä on täysin uudenlainen perustila siirtymämetallioksideille, kuten kupraatit ja nikkelaatit, tutkijat kommentoivat. Se avaa uusia suuntauksia kokeille ja teoreettisille tutkimuksille siitä, kuinka suprajohtavuus syntyy ja miten sitä voidaan optimoida tässä järjestelmässä ja mahdollisesti muissa yhdisteissä.

Viime aikoina fyysikot ovat havainneet, että myös kahdessa korkean lämpötilan suprajohteiden perheessä - kupari- ja rautapohjaisissa yhdisteissä - on molemmissa ainutlaatuinen ilmiö, jossa elektroniset vapausasteet voivat rikkoa kiteen yleisen pyörimissymmetrian ja muodostaa niin kutsutun elektronisen nemaattisen vaiheen.

Marylandin ja Illinois-Urbana Champaignin yliopistojen fyysikot ovat yhdessä Minnesotan yliopiston teoreetikkojen kanssa tehneet tutkimuksen, jonka tarkoituksena on ymmärtää paremmin erilaisten korkean lämpötilan suprajohteiden elektronista nemaattista vaihetta.

Erilaisten systemaattisten seostusvaiheiden kautta heidän onnistui löytää ja erotella nemaattinen ilmiö aiheen tavanomaisista elektronien varausjärjestyksestä ja suprajohdeilmiöstä Jatkossa tutkijat etsivät muita materiaaleja, joilla olisi samanlaiset ominaisuudet ja jotka siksi voitaisiin keinotekoisesti virittää myös tulemaan suprajohteiksi.

Aiheesta aiemmin:

Nikkelioksidistako suprajohde?