跳到主要内容

话题

超导

超导

X射线散射揭示了高温超导体中的等离子体

03 Nov 2018
高温超导体的晶体结构

美国研究人员研究超导地区外部的高温铜制超导体已经使用了尖端的X射线散射来检测长期预测 - 但从未观察过的 - 垂直于材料的等离子体的激励’S原子平面。研究人员希望这些发现可以帮助理论家更好地了解这些高度异常的材料,也许甚至可以指导追求室温超导体。

铜制超导体是镜片“strongly correlated”难以使用当前近似模型来描述的材料。“在大多数理论中,我们今天试图抓住主要的互动并将其他人视为一个小的扰动,”解释冷凝物物理学家 魏生李 斯坦福大学加利福尼亚州,“但对于这些强烈相关的材料,所有相互作用都同样重要。”

因此,材料挡板理论家。例如,虽然所建立的超导性理论预测,该性能应该消失在约30 k以上,但是一些铜酸盐替代物在高达130k的温度下保持超导。似乎在相对高的温度下保持超导状态,但它仍然不清楚。

我怀疑声等离子体可能是必要的,但不足,高温超导条件

IvanBožović,劳伦斯伯克利国家实验室

铜酸酯超导体的晶体结构包括铜和氧原子的明确限定的平面,以及各种掺杂剂。在非超导状态下,它们沿着平面显示出比垂直于它们的较高电导率。每个平面有效地包含其自身的二维电子气体,这意味着研究人员研究了材料’S电气特性通常只考虑一个平面。然而,当材料变为超导体时,它们在所有方向上都会显示零阻力。因此,一些理论主义者建议高温超导性的秘诀可以不在平面内而且在它们之间的耦合中。

劳伦斯·伯克利国家实验室和伊万·博··斯诺维斯(Brookhaven National实验室)的研究人员都提出了层间偶联可能被称为等离子体的准颗粒介导的,这些偶极子是由材料中的集体振荡形成’电子密度。这些可以介导导电平面之间的库仑相互作用,而没有电子从一个平面移动到下一个平面。然而,实际上检测了这种等离子体先前证明是不可能的。一些实验揭示了铜氧化物平面内的等离子体,但不在它们之间。

Aerial view of 格勒诺布尔的欧洲同步rotron

因此,在新的研究中,威盛李和同事在斯坦福大学和其他地方使用了一种称为rixs(共振非弹性X射线散射)的技术来激发等离子体。该技术推进了传统的X射线散射的原理,利用现代同步辐射源产生的能力,产生具有明确定义,可调,能量和动量的X射线光束。

研究人员轰击了电子掺杂的铜酸盐LCCO(镧汇氧化物)的样品,其在其转变温度上方具有X射线光子 欧洲同步辐射设施 在格兰诺布尔,法国。它们改变了事件光子的能量及其垂直于氧化铜玻璃面的动力,然后测量对样品吸收的光子比例的影响,以及散射光子的能量,动量和偏振。

这些实验结果与假设穿过声学等离子体相互作用的平面的模型一致。例如,在光子能量上存在明显的吸收共振,该光子能量将激发等于氧化铜平面之间的距离的等离子体波长。

提高过渡温度

研究人员现在计划研究孔掺杂的超导体,其中一些已被发现具有比LCCO相同的电子掺杂的温度更高的过渡温度。“对于电子掺杂材料,它’难以调查等离子体在转向超导状态时如何变化,因为过渡温度要低得多,” explains Lee. “但对于孔掺杂的铜酸盐,过渡温度通常较高。因此,我们首先要更容易调查这种现象是否在铜替代家庭中是普遍的,并且在输入超导状态时它是如何改变的。希望我们可能会得到关于如何制造具有甚至更高的过渡温度的超导体的线索。”

IvanBožović感兴趣:“我怀疑声等离子体可能是必要的,但不足,高温超导条件,”他说。他指出,许多其他材料如镍,钴酸盐和虹膜具有非常相似的铜酸盐的结构,但在任何温度下都没有显示过超导性。他建议重复这些材料的实验,以寻找等离子体的证据是有趣的“Let’s see what’常见,也许是什么’s different,” he says.

“这在地图上拼图,这些材料的奇特,分层二维性质,”瑞士日内瓦大学的Dirk Van der Marel说。“从那里获得电子之间完全不同的相互作用。诺贝尔奖获奖者Tony Leggett,这可能是超导源的来源的想法,我认为这给那些提供了更多的燃料。”

该研究发表在 自然 .

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者