Palladiumoksidit voisivat tehdä parempia suprajohtimia – Physics World

Japanilaisen Hyogon yliopiston, TU Wienin ja TU Wienin tutkijoiden laskelmien mukaan palladaatteja – palladium-elementtiin perustuvia oksidimateriaaleja – voitaisiin käyttää suprajohtimien valmistukseen, jotka toimivat korkeammissa lämpötiloissa kuin kupraatit (kuparioksidit) tai nikkelaatit (nikkelioksidit). kollegat. Uusi tutkimus myös tunnistaa kaksi tällaista palladaattia "käytännöllisesti katsoen optimaaliseksi" kahden korkean lämpötilan suprajohteiden kannalta tärkeän ominaisuuden suhteen: korrelaatiovahvuuden ja materiaalissa olevien elektronien tilavaihtelut.

Suprajohteet ovat materiaaleja, jotka johtavat sähköä ilman vastusta, kun ne jäähdytetään tietyn siirtymälämpötilan alapuolelle. T_c. Ensimmäinen löydetty suprajohde oli kiinteä elohopea vuonna 1911, mutta sen siirtymälämpötila on vain muutaman asteen absoluuttisen nollan yläpuolella, mikä tarkoittaa, että sen pitämiseen suprajohtavassa vaiheessa tarvitaan kallista nestemäistä heliumjäähdytysainetta. Useita muita "tavanomaisia" suprajohteita, kuten ne tunnetaan, löydettiin pian sen jälkeen, mutta kaikilla on yhtä alhaiset arvot T_c.

1980-luvun lopulta alkaen kuitenkin uusi luokka "korkean lämpötilan" suprajohteita T_c nestemäisen typen (77 K) kiehumispisteen yläpuolelle nousi. Nämä "epätavanomaiset" suprajohteet eivät ole metalleja, vaan kuparioksideja (kupraatteja) sisältäviä eristeitä, ja niiden olemassaolo viittaa siihen, että suprajohtavuus voi säilyä jopa korkeammissa lämpötiloissa. Viime aikoina tutkijat ovat tunnistaneet nikkelioksideihin perustuvien materiaalien olevan hyviä korkean lämpötilan suprajohteita samalla tavalla kuin niiden kupraattiserkut.

Tämän tutkimuksen päätavoitteena on löytää materiaaleja, jotka säilyvät suprajohtavina jopa huoneenlämmössä. Tällaiset materiaalit parantaisivat suuresti sähkögeneraattoreiden ja siirtolinjojen tehokkuutta ja tekisivät samalla suprajohtavuuden yleisistä sovelluksista (mukaan lukien suprajohtavat magneetit hiukkaskiihdyttimissä ja lääketieteellisissä laitteissa, kuten MRI-skannereissa) yksinkertaisempia ja halvempia.

Ratkaisematon perustavanlaatuinen ongelma

Klassinen suprajohtavuusteoria (tunnetaan BCS-teoriana sen löytäjien Bardeenin, Cooperin ja Schriefferin alkukirjainten mukaan) selittää, miksi elohopea ja useimmat metalliset alkuaineet suprajohtavat niiden alapuolella. T_c: niiden fermioniset elektronit pariutuvat muodostaen bosoneja, joita kutsutaan Cooper-pareiksi. Nämä bosonit muodostavat faasikoherentin kondensaatin, joka voi virrata materiaalin läpi supervirtana, jossa ei esiinny sirontaa, minkä seurauksena suprajohtavuus ilmenee. Teoria on kuitenkin vajavainen, kun se tulee selittämään korkean lämpötilan suprajohteiden takana olevia mekanismeja. Itse asiassa epätavallinen suprajohtavuus on ratkaisematon ratkaisematon ongelma kondensoituneiden aineiden fysiikassa.

Näiden materiaalien ymmärtämiseksi paremmin tutkijoiden on tiedettävä, kuinka näiden 3d-siirtymämetallien elektronit korreloivat ja kuinka voimakkaasti ne ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Tärkeitä ovat myös spatiaaliset fluktuaatiovaikutukset (joita tehostavat se, että nämä oksidit valmistetaan tyypillisesti kaksiulotteisina tai ohutkalvomateriaaleina). Vaikka tekniikoita, kuten Feynmanin kaavamaisia ​​häiriöitä, voidaan käyttää kuvaamaan tällaisia ​​heilahteluita, ne eivät riitä korrelaatiovaikutusten, kuten metalli-eriste (Mott) -siirtymän, joka on yksi korkean lämpötilan suprajohtavuuden kulmakivistä, taltioinnissa.

Tässä kohtaa malli, joka tunnetaan nimellä dynaaminen keskikenttäteoria (DMFT), tulee omakseen. Uudessa työssä tutkijat johtivat Wienin teknillinen yliopisto solid-state fyysikko Karsten Held käytti niin kutsuttuja kaaviomaisia ​​laajennuksia DMFT:lle tutkiakseen useiden palladaattiyhdisteiden suprajohtavaa käyttäytymistä.

Cuprate suprajohteet sisältävät outoa komponenttia

Laskelmat, jotka on kuvattu tarkemmin kohdassa Fyysisen tarkastelun kirjaimet, paljastavat, että elektronien välisen vuorovaikutuksen on oltava vahvaa, mutta ei liian voimakasta, jotta saavutetaan korkeita siirtymälämpötiloja. Kupraatit tai nikkelaatit eivät ole lähellä tätä optimaalista, keskityyppistä vuorovaikutusta, mutta palladaatit ovat. "Palladium on suoraan yhden rivin nikkelin alapuolella jaksollisessa taulukossa", Held huomauttaa. "Ominaisuudet ovat samanlaiset, mutta siellä olevat elektronit ovat keskimäärin jonkin verran kauempana atomin ytimestä ja toisistaan, joten elektroninen vuorovaikutus on heikompaa."

Tutkijat havaitsivat, että vaikka jotkut palladaatit, erityisesti RbSr₂PdO₃ ja A'₂PdO₂Cl₂ (A' = Ba_0.5La_0.5), ovat "käytännöllisesti katsoen optimaalisia", muut, kuten NdPdO₂, korreloivat liian heikosti. "Teoreettinen kuvausmme suprajohtavuudesta on saavuttanut uuden tason" Motoharu Kitatani että Hyogon yliopisto kertoo Fysiikan maailma. "Olemme varmoja, että kokeelliset kollegamme yrittävät nyt syntetisoida näitä materiaaleja."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Osta ja myy osakkeita PRE-IPO-yhtiöissä PREIPO®:lla. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/palladium-oxides-could-make-better-superconductors/