طريقة جديدة لتعديل تركيب الموصلات الفائقة القائمة على أكسيد النحاس يمكن أن تلقي مزيدًا من الضوء على خصائصها الأساسية - بما في ذلك الآلية المسؤولة عن الموصلية الفائقة في درجات الحرارة العالية. تتضمن هذه التقنية تسخين الموصلات الفائقة لفترات زمنية مختلفة وإنتاج عينات مخدرة على مستويات مختلفة عن طريق تغيير محتوى الأكسجين بها. يمكن حتى تحويل نوع المنشطات من مخدر بالثقب إلى مخدر بالإلكترون - وهو تغيير لم يكن ممكنًا مع طرق المنشطات السابقة.
تنص النظرية الكلاسيكية (أو BCS) عن الموصلية الفائقة على أنه ، تحت درجة حرارة حرجة معينة ، تتراكم الإلكترونات الفرميونية في زوج معدني بمساعدة الاهتزازات الشبكية لتكوين بوزونات تسمى أزواج كوبر. تشكل هذه البوزونات مكثفًا متماسكًا في الطور يمكن أن يتدفق عبر مادة دون تناثر - مع ظهور الموصلية الفائقة كنتيجة لذلك.
لا تفسر نظرية BCS الموصلية الفائقة للموصلات الفائقة غير التقليدية مثل أكاسيد النحاس (cuprates) ، pnictides وغيرها من الموصلات الفائقة الغريبة. في حين أن مقاومة المعدن تتناقص عادةً مع تبريد المادة ، فإن العديد من هذه الموصلات الفائقة غير التقليدية تشهد تغيرًا جذريًا في هيكل النطاق الإلكتروني الذي يتسبب في انخفاض مقاومتها عند درجات حرارة أعلى من درجة الحرارة الحرجة. Tc. يُعرف هذا التغيير باسم pseudogap وقد يحدث لأن الإلكترونات تشكل أزواجًا (على الرغم من أنها ليست مكثفات فائقة التوصيل) عند درجات حرارة أعلى من درجة الحرارة الحرجة.
من ثقب إلى مخدر بالإلكترون
في العمل الجديد فريق بقيادة هونغ دينغ ل مختبر بكين الوطني لفيزياء المواد المكثفة و معهد الفيزياء بالأكاديمية الصينية للعلوم درس موصلًا فائقًا نموذجيًا مثقوبًا بالثقوب مع الصيغة الكيميائية Bi2Sr2كاكو2O8 + δ (Bi2212). يتم تحديد المنشطات في هذه المادة بشكل أساسي من خلال محتواها من الأكسجين ويمكن استخدام تقنيات المنشطات التقليدية لتنظيم مستوى المنشطات في الحفرة.
في تجاربهم ، وضع دينغ وزملاؤه عينات من Bi2212 في أنبوب كوارتز يحتوي على مسحوق CaH2، وهو عامل اختزال قوي. ثم قاموا بضخ الأنبوب لتفريغه وتسخينه إلى درجة حرارة ثابتة باستخدام فرن أنبوب. لقد احتفظوا بالعينة عند درجة الحرارة هذه لفترات زمنية مختلفة. هذه العملية ، المعروفة باسم التلدين ، تتحكم في مستوى المنشطات في Bi2212.
"أثناء التلدين ، ينبعث الهيدروجين من CaH2 يتحد مع الأكسجين في Bi2212 ، ويشكل بخار الماء ، "يشرح دينغ. "وجدنا أن CaH2 فعال للغاية في تغيير تكافؤ النحاس في Bi2212 ".
سمحت لهم الطريقة الجديدة في تناول المنشطات بتغيير محتوى الأكسجين في الموصل الفائق على نطاق أوسع بكثير مما كان ممكنًا في السابق ، وحتى تحويله من مخدر بالثقب إلى مخدر بالإلكترون. وهذا ليس كل شيء: يقول الباحثون إنهم وجدوا أيضًا دليلًا على وجود مرحلة فائقة التوصيل منخفضة الحرارة في المادة المشبعة بالإلكترون.
يتحكم عامل الاختزال في تعاطي المنشطات في الموصل الفائق النحاسي
باستخدام مزيج من حيود الأشعة السينية ومسح المجهر الإلكتروني للإرسال وقياسات المقاومة وتأثير هول ، أكد الباحثون أن التفاعل الكيميائي العلوي في الفرن فعال في تغيير محتوى الأكسجين في Bi2212. كشفت تحليلات النقل في درجات الحرارة المنخفضة للغاية باستخدام ثلاجة التخفيف ، والتي يمكن أن تصل إلى 10 مللي كلفن ، أيضًا عن انتقال حاد إلى حالة المقاومة الصفرية (تدل على الموصلية الفائقة) عند حوالي 1.4 كلفن في العينات التي تم تناولها بالإلكترون.
في العمل المستقبلي ، يقول الفريق إنه سيجري قياسات ARPES و STM على عينات Bi2212 المخدرة لمعرفة كيفية تطور بنية نطاق المادة ، وسطح فيرمي ، وفجوة التوصيل الفائق ، والخريطة الزائفة. "نأمل أن تسمح لنا هذه الدراسات بفهم أفضلTc الموصلات الفائقة بشكل عام ، "يقول دينغ عالم الفيزياء.
العمل الحالي مفصل في رسائل الفيزياء الصينية.
