Als onderdeel van een voortdurende inspanning om de details van hoe de hoge-temperatuur supergeleiders dragen elektrische stroom zonder weerstand te ontdekken, hebben wetenschappers van de Johns Hopkins University en het US Department of Energy's Brookhaven National Laboratory gemeten fluctuaties in de supergeleiding in een brede waaier van temperaturen met behulp van terahertz-spectroscopie .
Hun techniek kunnen ze zien schommelingen duurzame slechts miljardste van een miljardste van een seconde, en laat zien dat deze vluchtige schommelingen 10-15 Kelvin (K) verdwijnen boven de transitie temperatuur (T c) waarbij supergeleiding sets inch
De wetenschappers bestudeerden een supergeleider met variabele hoeveelheden van lanthaan en strontium gelaagd met koperoxide. De monsters werden gefabriceerd in Brookhaven, met behulp van een unieke atomaire-layer moleculaire bundel epitaxie systeem die het mogelijk maakt voor digitale synthese van atomair gladde en perfecte dunne films.
"Onze bevindingen suggereren dat in cuprate supergeleiders, de overgang naar de niet-supergeleidende toestand wordt aangedreven door een verlies van samenhang tussen de elektronen paren," zei Brookhaven natuurkundige Ivan Bozovic, een co-auteur van een paper waarin de resultaten in Nature Physics online 13 februari 2011.
Wetenschappers zijn op zoek naar een verklaring van de hoge-T c supergeleiding in cuprates, omdat deze materialen waren zo'n 25 jaar geleden ontdekt. Omdat ze kunnen werken bij temperaturen veel warmer dan de conventionele supergeleiders, die moet worden afgekoeld tot nabij het absolute nulpunt (0 K of -273 graden Celsius), een hoge-T c supergeleiders hebben het potentieel voor de echte wereld toepassingen. Als wetenschappers kunnen de stroomvoerende mechanisme te ontrafelen, kunnen ze zelfs in staat zijn om te ontdekken of ontwerp versies die op kamertemperatuur werken voor toepassingen zoals zero-loss hoogspanningslijnen. Om deze reden hebben veel onderzoekers zijn van mening dat het begrijpen van hoe deze overgang naar supergeleiding optreedt in cuprates is een van de belangrijkste open vragen in de natuurkunde vandaag.
In conventionele supergeleiders, elektronen paren vormen bij de overgang temperatuur en condenseren in een collectief, coherent staat om stroom te voeren zonder weerstand. In hoge-T c variëteiten, die kan functioneren bij temperaturen zo hoog als 165 K, zijn er aanwijzingen dat de elektronen paren kunnen vormen bij een temperatuur van 100-200 K hoger, maar alleen condenseren tot coherent geworden wanneer gekoeld tot de overgang temperatuur.
Het verkennen van de fase-overgang, de Johns Hopkins-BNL team gezocht bewijs voor supergeleidende fluctuaties boven T c.
"Deze fluctuaties zijn iets als kleine eilanden of druppeltjes van supergeleiding, waarbinnen de elektronen paren zijn coherent, die pop-up hier en daar en leven voor een tijdje en daarna verdampen weer pop-up elders, 'Bozovic gezegd. "Dergelijke schommelingen voorkomen in iedere supergeleider," legde hij uit, "maar in conventionele slechts zeer, zeer dicht bij T c - de overgang is in feite zeer scherp."
Sommige wetenschappers hebben gespeculeerd dat in cuprates, integendeel, supergeleidende fluctuaties zou kunnen bestaan in een zeer breed gebied, helemaal tot aan de temperatuur waarbij de elektronen paren vormen. In de huidige studie, de wetenschappers aan te pakken die vraag het hoofd-on, door het meten van de geleidbaarheid als functie van de temperatuur en de frequentie tot het terahertz bereik.
"Met deze techniek kan men supergeleidende fluctuaties zien als korte duur als een miljardste van een miljardste van een seconde - de kortst mogelijke - en over de gehele fasediagram, 'Bozovic gezegd.
De wetenschappers bestudeerden een supergeleider met variabele hoeveelheden van lanthaan en strontium gelaagd met koperoxide. De monsters werden gefabriceerd in Brookhaven, met behulp van een unieke atomaire-layer moleculaire bundel epitaxie systeem die het mogelijk maakt voor digitale synthese van atomair gladde en perfecte dunne films. Terahertz spectroscopie metingen werden uitgevoerd aan de Johns Hopkins.
De belangrijkste conclusie was enigszins verrassend: De wetenschappers duidelijk waargenomen supergeleidende fluctuaties, maar deze schommelingen verdween uit relatief snel, binnen ongeveer 10-15 K boven T c, ongeacht de lanthaan / strontium-verhouding.
Dit houdt in dat in cuprates op de overgang temperatuur, elektronen paren verliezen hun samenhang. Dit is in tegenstelling tot wat er gebeurt in de conventionele supergeleiders, waar de elektronen paren uit elkaar te breken bij de overgang temperatuur.
"Dus, in tegenstelling tot conventionele supergeleiders, de overgang in cuprates niet wordt gedreven door elektronen (de) koppelen, maar door het verlies van de samenhang tussen paren - dat wil zeggen, door de fase fluctuaties, 'Bozovic gezegd. "De hoop is dat het begrijpen van dit proces tot in detail kan brengen ons een stap dichter bij het kraken van de enigma van hoge-temperatuur supergeleiding."
Dit onderzoek werd ondersteund door DOE Office of Science.
Bron: http://www.bnl.gov/