یک روش جدید برای تغییر ترکیب ابررساناهای مبتنی بر اکسید مس می‌تواند ویژگی‌های اساسی آنها را - از جمله مکانیسم مسئول ابررسانایی در دمای بالا - روشن کند. این تکنیک شامل گرم کردن ابررساناها برای دوره های زمانی مختلف است و نمونه هایی را تولید می کند که در سطوح مختلف با تغییر محتوای اکسیژن آنها دوپینگ می شوند. نوع دوپینگ حتی می‌تواند از دوپینگ حفره‌ای به دوپینگ الکترونی تبدیل شود - تغییری که با روش‌های دوپینگ قبلی امکان‌پذیر نبود.
نظریه کلاسیک (یا BCS) ابررسانایی بیان می‌کند که در زیر دمای بحرانی معین، الکترون‌های فرمیونی در یک فلز با کمک ارتعاشات شبکه جفت می‌شوند و بوزون‌هایی به نام جفت کوپر را ایجاد می‌کنند. این بوزون‌ها یک میعان فاز منسجم را تشکیل می‌دهند که می‌تواند بدون پراکندگی از میان یک ماده عبور کند و در نتیجه ابررسانایی ظاهر می‌شود.
با این حال، نظریه BCS ابررسانایی ابررساناهای غیر متعارف مانند اکسیدهای مس (کوپرات ها)، پنکتیدها و دیگر ابررساناهای عجیب و غریب را توضیح نمی دهد. در حالی که مقاومت یک فلز معمولاً با سرد شدن مواد کاهش می‌یابد، بسیاری از این ابررساناهای غیر متعارف تغییر چشمگیری در ساختار نوار الکترونیکی خود تجربه می‌کنند که باعث می‌شود مقاومت آنها در دماهای بالاتر از دمای بحرانی کاهش یابد. Tc. این تغییر به‌عنوان یک شکاف کاذب شناخته می‌شود و ممکن است به این دلیل رخ دهد که الکترون‌ها در دماهای بالاتر از دمای بحرانی جفت تشکیل می‌دهند (اگرچه یک میعان ابررسانا نیستند).
از سوراخ تا الکترون دوپ شده
در کار جدید، تیمی به رهبری هونگ دینگ از آزمایشگاه ملی پکن برای فیزیک ماده متراکم و موسسه فیزیک در آکادمی علوم چین یک ابررسانای کوپرات دوپ شده معمولی با فرمول شیمیایی Bi را مطالعه کرد2Sr2CaCu2O8 + δ (Bi2212). دوپینگ در این ماده عمدتاً با محتوای اکسیژن آن تعیین می شود و از تکنیک های دوپینگ معمولی می توان برای تنظیم سطح دوپینگ سوراخ آن استفاده کرد.
دینگ و همکارانش در آزمایشات خود نمونه هایی از Bi2212 را در یک لوله کوارتز که حاوی پودر CaH بود قرار دادند.2که یک عامل کاهنده قوی است. سپس لوله را به خلاء پمپ کردند و آن را با یک کوره لوله تا دمای ثابت گرم کردند. آنها نمونه را در این دما برای دوره های زمانی مختلف نگه داشتند. این فرآیند که به آنیلینگ معروف است، سطح دوپینگ را در Bi2212 کنترل می کند.
"در طول بازپخت، هیدروژن از CaH ساطع می شود2 دینگ توضیح می دهد که با اکسیژن موجود در Bi2212 ترکیب می شود و بخار آب را تشکیل می دهد. ما متوجه شدیم که CaH2 در تغییر ظرفیت مس در Bi2212 بسیار موثر است.
روش جدید دوپینگ به آنها این امکان را می‌دهد که محتوای اکسیژن ابررسانا را در محدوده‌ای بسیار وسیع‌تر از آنچه قبلا ممکن بود تغییر دهند، و حتی آن را از دوپینگ حفره‌ای به دوپ الکترونی تغییر دهند. و این همه ماجرا نیست: محققان می گویند که آنها همچنین شواهدی از فاز ابررسانا در دمای پایین را در ماده دوپ شده با الکترون پیدا کردند.
عامل کاهنده دوپینگ را در ابررسانای کوپرات کنترل می کند
محققان با استفاده از ترکیبی از پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی و اندازه گیری مقاومت و اثر هال، تایید کردند که واکنش توپوشیمیایی در کوره در تغییر محتوای اکسیژن Bi2212 موثر است. آنالیزهای انتقال دمای بسیار پایین با استفاده از یخچال رقیق‌سازی، که می‌تواند به 10 mK برسد، همچنین یک انتقال شدید به حالت مقاومت صفر (نشان دهنده ابررسانایی) در حدود 1.4 K در نمونه‌هایی که با الکترون دوپ شده بودند، نشان داد.
در کار آینده، این تیم می‌گوید که اندازه‌گیری‌های ARPES و STM را بر روی این نمونه‌های دوپ شده Bi2212 انجام خواهد داد تا چگونگی تکامل ساختار نواری، سطح فرمی، شکاف ابررسانا و شبه شکاف را بیابد. امیدواریم این مطالعات به ما این امکان را بدهد که بهتر درک کنیمTc دینگ می گوید که ابررساناها به طور کلی دنیای فیزیک.
کار حاضر به تفصیل در حروف فیزیک چینی.
