Som en del av en pågående innsats for å avdekke detaljer om hvordan høytemperatur superledere carry elektrisk strøm uten motstand, har forskere ved Johns Hopkins University og US Department of Energy i Brookhaven National Laboratory målt svingninger i superledning over et bredt spekter av temperaturer bruke terahertz spektroskopi .
Deres teknikk tillater dem å se svingninger varig bare billionths av en milliarddel av et sekund, og avslører at disse flyktige svingninger forsvinne 10-15 Kelvin (K) over overgangen temperaturen (T c) hvor superledning setter inn
Forskerne studerte en superleder inneholder variable mengder av lantan og strontium lagvis med kobber oksid. Prøvene ble fabrikkert ved Brookhaven, ved hjelp av en unik atom-lags molekylær stråle epitaxy system som gjør det mulig for digital syntese av atomically glatt og perfekt tynne filmer.
"Våre funn tyder på at i cuprate superledere, er overgangen til den ikke-superledende tilstand drevet av tap av sammenheng mellom elektron par," sier Brookhaven fysikeren Ivan Bozovic, en medforfatter på en artikkel som beskriver resultatene i Nature Physics online , 13. februar 2011.
Forskere har vært på leting etter en forklaring på høy-T c superledning i cuprates da disse materialene ble oppdaget rundt 25 år siden. Fordi de kan operere ved temperaturer mye varmere enn konvensjonelle superledere, som må kjøles ned til nær det absolutte nullpunkt (0 K eller -273 grader Celsius), high-T c superledere har potensial for virkelige verden programmer. Hvis forskerne kan løse strømførende mekanismen, kan de selv være i stand til å oppdage eller design versjoner som fungerer i romtemperatur for applikasjoner som null-tap kraftlinjer. Av denne grunn, mange forskere mener at forståelsen av hvordan denne overgangen til superledning skjer i cuprates er en av de viktigste åpne spørsmål i fysikk i dag.
I konvensjonelle superledere, elektron par skjemaet på overgangen temperatur og kondenserer til en kollektiv, enhetlig stat å bære strøm uten motstand. I høy-T c varianter, som kan operere i temperaturer så høye som 165 K, er det noen indikasjoner på at elektron par kan danne ved temperaturer 100-200 K høyere, men bare kondensere til å bli sammenhengende når avkjølt til overgangen temperatur.
For å utforske faseovergangen, søkt Johns Hopkins-BNL-teamet beviser for superledende svingninger over T c.
"Disse svingningene er noe som små øyer eller dråper av superledning, innenfor der elektronet parene er sammenhengende, som dukker opp her og der og leve en stund, og deretter fordamper til å dukke opp igjen andre steder," Bozovic sa. "Slike svingninger forekommer i hver superleder," forklarte han, "men i konvensjonelle seg bare veldig, veldig nær T c - overgangen er faktisk veldig skarp."
Noen forskere har spekulert i at i cuprates, tvert imot, kan superledende svingninger eksisterer i et ekstremt bredt område, helt opp til den temperaturen der elektronet parene form. I den aktuelle studien, forskerne takle dette spørsmålet head-on, ved å måle ledningsevne som funksjon av temperatur og frekvens opp til terahertz-serien.
"Med denne teknikken kan man se superledende svingninger så kortvarig som en milliarddel av en milliarddel av et sekund - kortest mulig - og over hele fasediagram," Bozovic sa.
Forskerne studerte en superleder inneholder variable mengder av lantan og strontium lagvis med kobber oksid. Prøvene ble fabrikkert ved Brookhaven, ved hjelp av en unik atom-lags molekylær stråle epitaxy system som gjør det mulig for digital syntese av atomically glatt og perfekt tynne filmer. Terahertz spektroskopi målinger ble utført ved Johns Hopkins.
Det sentrale funn var noe overraskende: Forskerne tydelig observerte superledende svingninger, men disse svingningene falmet ut relativt raskt, innen ca 10-15 K over T c, uavhengig av lantan / strontium ratio.
Dette innebærer at i cuprates ved overgangen temperatur, elektron par miste sin sammenheng. Dette er i motsetning til hva som skjer i konvensjonelle superledere, der elektronet parene pause fra hverandre ved overgangen temperatur.
"Så, i motsetning til i konvensjonelle superledere, er overgangen i cuprates ikke drevet av elektron (de) paring men heller ved tap av sammenheng mellom par - altså ved å fase svingninger," Bozovic sa. "Håpet er at forståelsen av denne prosessen i detalj, kan bringe oss et steg nærmere mot å knekke gåten av høytemperatur superledere."
Denne forskningen ble støttet av DOE Office of Science.
Kilde: http://www.bnl.gov/