Sebagai bagian dari upaya untuk mengungkap rincian tentang bagaimana superkonduktor suhu-tinggi membawa arus listrik dengan tidak melawan, para ilmuwan di Johns Hopkins University dan Departemen Energi AS Brookhaven National Laboratory telah diukur fluktuasi dalam superkonduktivitas di berbagai suhu menggunakan Terahertz spektroskopi .
Teknik mereka memungkinkan mereka untuk melihat fluktuasi berlangsung hanya billionths dari miliar detik, dan mengungkapkan bahwa fluktuasi ini sekilas menghilang 10-15 Kelvin (K) di atas temperatur transisi (T c) di mana superkonduktivitas set in
Para ilmuwan mempelajari superkonduktor yang mengandung jumlah variabel lantanum dan strontium oksida tembaga berlapis dengan. Sampel yang dibuat di Brookhaven, menggunakan atom-lapisan epitaksi balok molekul sistem unik yang memungkinkan untuk sintesis digital atom film tipis halus dan sempurna.
"Temuan kami menunjukkan bahwa dalam superkonduktor cuprate, transisi ke negara non-superkonduktor didorong oleh hilangnya koherensi antara pasangan elektron," kata Brookhaven fisikawan Ivan Bozovic, co-penulis di atas kertas yang menjelaskan hasil di Alam Fisika secara online 13 Februari 2011.
Para ilmuwan telah mencari penjelasan tinggi-T c superkonduktivitas di cuprates sejak bahan-bahan yang ditemukan sekitar 25 tahun yang lalu. Karena mereka dapat beroperasi pada temperatur yang lebih hangat dari superkonduktor konvensional, yang harus didinginkan hingga nol absolut dekat (0 K atau -273 derajat Celsius), tinggi superkonduktor T c memiliki potensi untuk aplikasi dunia nyata. Jika para ilmuwan dapat mengungkap mekanisme pembawa arus, mereka bahkan mungkin dapat menemukan atau merancang versi yang beroperasi pada suhu kamar untuk aplikasi seperti nol-rugi transmisi kabel listrik. Untuk alasan ini, banyak peneliti percaya bahwa pemahaman bagaimana transisi ke superkonduktivitas terjadi di cuprates adalah salah satu pertanyaan terbuka yang paling penting dalam fisika saat ini.
Dalam superkonduktor konvensional, membentuk pasangan elektron pada suhu transisi dan mengembun menjadi sebuah negara, kolektif yang koheren untuk membawa arus dengan tidak melawan. Pada tinggi-T varietas c, yang dapat beroperasi pada suhu setinggi 165 K, ada beberapa indikasi bahwa pasangan elektron akan terbentuk pada suhu 100-200 K yang lebih tinggi, tetapi hanya mengembun menjadi koheren ketika didinginkan ke suhu transisi.
Untuk menjelajahi transisi fase, Johns Hopkins-BNL tim dicari bukti untuk superkonduktor T c fluktuasi di atas.
"Fluktuasi ini sesuatu seperti pulau-pulau kecil atau tetesan superkonduktivitas, di mana pasangan elektron yang koheren, yang pop up di sana-sini dan hidup untuk sementara dan kemudian menguap untuk muncul lagi di tempat lain," kata Bozovic. "Fluktuasi tersebut terjadi pada setiap superkonduktor," jelasnya, "tetapi yang konvensional hanya sangat, sangat dekat dengan T c - transisi sebenarnya sangat tajam."
Beberapa ilmuwan berspekulasi bahwa di cuprates, sebaliknya, fluktuasi superkonduktor mungkin ada di wilayah yang sangat luas, semua jalan sampai ke suhu di mana pasangan elektron bentuk. Dalam penelitian ini, para ilmuwan mengatasi pertanyaan ini kepala-on, dengan mengukur konduktivitas sebagai fungsi temperatur dan frekuensi hingga kisaran Terahertz.
"Dengan teknik ini, kita dapat melihat fluktuasi superkonduktor sebagai berumur pendek sebagai salah satu miliar dari satu miliar detik - yang sesingkat mungkin - dan lebih dari diagram fase keseluruhan," kata Bozovic.
Para ilmuwan mempelajari superkonduktor yang mengandung jumlah variabel lantanum dan strontium oksida tembaga berlapis dengan. Sampel yang dibuat di Brookhaven, menggunakan atom-lapisan epitaksi balok molekul sistem unik yang memungkinkan untuk sintesis digital atom film tipis halus dan sempurna. Terahertz spektroskopi pengukuran dilakukan di Johns Hopkins.
Temuan sentral agak mengejutkan: Para ilmuwan jelas mengamati fluktuasi superkonduktor, tetapi fluktuasi ini memudar keluar relatif cepat, dalam waktu sekitar 10-15 K T c di atas, terlepas dari rasio lantanum / strontium.
Ini berarti bahwa dalam cuprates pada suhu transisi, pasangan elektron kehilangan koherensi mereka. Hal ini berbeda dengan apa yang terjadi dalam superkonduktor konvensional, di mana pasangan elektron pecah pada suhu transisi.
"Jadi, tidak seperti dalam superkonduktor konvensional, transisi di cuprates tidak didorong oleh elektron (de) pasangan melainkan dengan hilangnya koherensi antara pasangan - yaitu, oleh fluktuasi fase," kata Bozovic. "Harapannya adalah bahwa pemahaman proses ini secara rinci dapat membawa kita satu langkah lebih dekat ke arah retak teka-teki superkonduktivitas suhu-tinggi."
Penelitian ini didukung oleh DOE Kantor Sains.
Sumber: http://www.bnl.gov/