酸化パラジウムはより優れた超伝導体を作る可能性がある – Physics World

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タイムスタンプ：1年2023月7日00:XNUMX AM

計算によれば、パラジウム酸塩は高温超伝導の電子配置のスイートスポットに当たる可能性がある
素晴らしい超電導体？ パラジウム酸塩は、高温超伝導に最適な電子配置を持っている可能性があります。 （提供：M北谷） ら)

兵庫県立大学、ウィーン工科大学、同僚。 新しい研究はさらに、そのようなXNUMXつのパラジウム酸塩が、高温超伝導体にとって重要なXNUMXつの特性、つまり相関強度と材料中の電子の空間変動の点で「実質的に最適」であることを特定した。

超伝導体は、特定の転移温度以下に冷却されると抵抗なく電気を伝導する材料です。 Tc。 最初に発見された超電導体は 1911 年に固体水銀でしたが、その転移温度は絶対零度よりわずか数度高いため、超電導状態を維持するには高価な液体ヘリウム冷却材が必要です。 知られている他のいくつかの「従来型」超伝導体がその後すぐに発見されましたが、それらはすべて同様に低い値を持っています。 Tc.

しかし、1980 年代後半から、新しいクラスの「高温」超伝導体が登場しました。 Tc 液体窒素の沸点（77K）を超える温度が現れました。 これらの「型破りな」超電導体は金属ではなく、酸化銅（銅酸化物）を含む絶縁体であり、その存在は超電導がさらに高温でも持続する可能性があることを示唆しています。 最近、研究者らは、酸化ニッケルをベースにした材料が、銅酸化物と同様に優れた高温超伝導体であることを特定しました。

この研究の主な目標は、室温でも超電導を維持する材料を見つけることです。 このような材料は、発電機や送電線の効率を大幅に向上させると同時に、超伝導の一般的な応用（粒子加速器やMRIスキャナーなどの医療機器における超伝導磁石を含む）をよりシンプルかつ安価にするでしょう。

根本的な未解決の問題

超伝導の古典理論 (発見者のバーディーン、クーパー、シュリーファーの頭文字をとって BCS 理論として知られています) は、水銀とほとんどの金属元素がその温度以下で超伝導する理由を説明しています。 Tc: それらのフェルミ電子が対になって、クーパー対と呼ばれるボソンを生成します。 これらのボソンは、散乱を受けない超電流として物質中を流れることができる位相コヒーレント凝縮体を形成し、その結果として超伝導が現れます。 しかし、高温超伝導体の背後にあるメカニズムを説明するには、この理論は不十分です。 実際、型破りな超伝導は、凝縮物物理学における基本的な未解決の問題です。

これらの材料をより深く理解するために、研究者は、これらの 3d 遷移金属の電子がどのように相関しており、相互にどの程度強く相互作用しているかを知る必要があります。 空間ゆらぎ効果 (これらの酸化物は通常 XNUMX 次元または薄膜材料として作られるという事実によって強化されます) も重要です。 ファインマン線図による摂動などの手法を使用してこのような変動を記述することはできますが、高温超伝導の基礎の XNUMX つである金属絶縁体 (モット) 転移のような相関効果を捉えることに関しては不十分です。

ここで、動的平均場理論 (DMFT) として知られるモデルが真価を発揮します。 新しい研究では、研究者が率いる ウィーン工科大学 固体物理学者 カルステン・ヘルド は、DMFT のいわゆるダイアグラム拡張を使用して、いくつかのパラジウム化合物の超伝導挙動を研究しました。

計算の詳細については、 Physical Review Lettersに、高い転移温度を達成するには、電子間の相互作用が強くなければならないが、強すぎてはいけないことが明らかになりました。 銅酸塩もニッケル酸塩もこの最適な中間型相互作用に近いものではありませんが、パラジウム酸塩はそれに近いものです。 「パラジウムは、周期表ではニッケルのすぐ XNUMX 行下にあります」とヘルド氏は述べています。 「性質は似ていますが、そこにある電子は平均して原子核から、また電子同士の距離がいくらか離れているため、電子相互作用は弱くなっています。」

研究者らは、一部のパラジウム酸塩、特に RbSr は、2PDO3 そしてA'2PDO2Cl2 (A'=バ0.5La0.5)、「実質的に最適」、その他、NdPdO など2、相関が弱すぎます。 「超伝導に関する私たちの理論的説明は新たなレベルに到達しました。」 北谷元春 兵庫県立大学 伝える 物理学の世界。 「私たちは、実験仲間がこれらの材料の合成に挑戦することを確信しています。」

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