A réz-oxid alapú szupravezetők összetételének új módosítása jobban megvilágíthatja alapvető tulajdonságaikat – beleértve a magas hőmérsékletű szupravezetőségükért felelős mechanizmust is. A technika magában foglalja a szupravezetők különböző időtartamú melegítését, és olyan mintákat állít elő, amelyek oxigéntartalmuk megváltoztatásával különböző szinten vannak adalékolva. Az adalékolás típusa akár lyukadalékoltról elektronadalékosra is átalakítható – ez a változás a korábbi adalékolási módszerekkel nem volt lehetséges.
A szupravezetés klasszikus (vagy BCS) elmélete azt állítja, hogy egy bizonyos kritikus hőmérséklet alatt a fém fermionos elektronjai a rácsrezgések segítségével párosulnak, és Cooper-pároknak nevezett bozonokat hoznak létre. Ezek a bozonok fáziskoherens kondenzátumot képeznek, amely szóródás nélkül tud átfolyni az anyagon – ennek következtében megjelenik a szupravezetés.
A BCS-elmélet azonban nem magyarázza meg a nem szokványos szupravezetők, például a réz-oxidok (kuprátok), a pniktidok és más egzotikus szupravezetők szupravezető képességét. Míg a fémek ellenállása általában csökken, ahogy az anyag lehűl, sok ilyen nem szokványos szupravezető drámai változáson megy keresztül az elektronikus sávszerkezetében, ami miatt ellenállásuk csökken a kritikus hőmérséklet feletti hőmérsékleten. Tc. Ezt a változást pszeudogapnak nevezik, és azért fordulhat elő, mert az elektronok párokat alkotnak (bár nem szupravezető kondenzátum) a kritikus hőmérséklet feletti hőmérsékleten.
A lyukastól az elektronadalékosig
Az új munkában egy csapat vezette Hong Ding az Pekingi Nemzeti Kondenzált Anyagfizikai Laboratórium és a A Kínai Tudományos Akadémia Fizikai Intézete egy tipikus, lyukakkal adalékolt kuprát szupravezetőt tanulmányozott a Bi kémiai képlettel2Sr2CaCu2O8 + δ (Bi2212). Ebben az anyagban az adalékolást főként oxigéntartalma határozza meg, és hagyományos adalékolási technikákkal lehet szabályozni a lyukadalékolás szintjét.
Kísérleteik során Ding és munkatársai Bi2212 mintákat helyeztek egy kvarccsőbe, amely porított CaH-t tartalmazott.2, amely erős redukálószer. Ezután vákuumba pumpálták a csövet, és egy csőkemencével rögzített hőmérsékletre melegítették. Különböző ideig tartották a mintát ezen a hőmérsékleten. Ez a lágyításként ismert eljárás szabályozza a Bi2212 adalékolási szintjét.
„Az izzítás során a CaH-ból kiáramló hidrogén2 a Bi2212-ben lévő oxigénnel egyesül, vízgőzt képezve” – magyarázza Ding. „Úgy találtuk, hogy a CaH2 nagyon hatékonyan módosítja a réz vegyértékét a Bi2212-ben."
Az új adalékolási módszer lehetővé tette számukra, hogy a korábban lehetségesnél jóval szélesebb tartományban változtassák meg a szupravezető oxigéntartalmát, sőt lyukasról elektronadalékra váltsanak. És ez még nem minden: a kutatók szerint az elektronokkal adalékolt anyagban alacsony hőmérsékletű szupravezető fázisra is találtak bizonyítékot.
A redukálószer szabályozza az adalékolást a kuprát szupravezetőben
A röntgendiffrakció, a pásztázó transzmissziós elektronmikroszkópia, valamint az ellenállás és a Hall-effektus mérése kombinációjával a kutatók megerősítették, hogy a kemencében zajló topokémiai reakció hatékonyan módosítja a Bi2212 oxigéntartalmát. Az ultraalacsony hőmérsékletű transzportelemzések hígítóhűtővel, amely akár 10 mK-t is elérhet, szintén éles átmenetet mutatott a nulla ellenállási állapotba (ami a szupravezetést jelzi) 1.4 K körül az elektronadalékolt mintákban.
A jövőbeni munka során a csapat azt állítja, hogy ARPES és STM méréseket végez ezeken az adalékolt Bi2212 mintákon, hogy megtudja, hogyan alakul az anyag sávszerkezete, a Fermi felület, a szupravezető rés és a pszeudogap. „Ezek a tanulmányok remélhetőleg lehetővé teszik számunkra, hogy jobban megértsük aTc szupravezetők általában” – mondja Ding Fizika Világa.
A jelen munka részletesen a Kínai fizika levelek.
