Palladiumoxiden zouden betere supergeleiders kunnen maken - Physics World

Palladates - oxidematerialen op basis van het element palladium - kunnen worden gebruikt om supergeleiders te maken die werken bij hogere temperaturen dan cupraten (koperoxiden) of nickelaten (nikkeloxiden), volgens berekeningen van onderzoekers van de Universiteit van Hyogo, Japan, TU Wien en collega's. De nieuwe studie identificeert verder twee van dergelijke palladata als "vrijwel optimaal" in termen van twee eigenschappen die belangrijk zijn voor supergeleiders bij hoge temperaturen: de correlatiesterkte en de ruimtelijke fluctuaties van de elektronen in het materiaal.

Supergeleiders zijn materialen die bij afkoeling tot onder een bepaalde overgangstemperatuur elektriciteit zonder weerstand geleiden, T_c. De eerste supergeleider die ontdekt werd, was vast kwik in 1911, maar de overgangstemperatuur is slechts een paar graden boven het absolute nulpunt, wat betekent dat er duur vloeibaar heliumkoelmiddel nodig is om het in de supergeleidende fase te houden. Verscheidene andere "conventionele" supergeleiders, zoals ze worden genoemd, werden kort daarna ontdekt, maar ze hebben allemaal vergelijkbare lage waarden van T_c.

Vanaf het einde van de jaren tachtig ontstond echter een nieuwe klasse van "hoge-temperatuur"-supergeleiders met T_c boven het kookpunt van vloeibare stikstof (77 K) ontstond. Deze "onconventionele" supergeleiders zijn geen metalen maar isolatoren die koperoxiden (cupraten) bevatten, en hun bestaan ​​suggereert dat supergeleiding kan blijven bestaan ​​bij nog hogere temperaturen. Onlangs hebben onderzoekers materialen op basis van nikkeloxiden geïdentificeerd als goede supergeleiders bij hoge temperaturen, in dezelfde geest als hun cuprate-neven.

Een belangrijk doel van dit onderzoek is om materialen te vinden die zelfs bij kamertemperatuur supergeleidend blijven. Dergelijke materialen zouden de efficiëntie van elektrische generatoren en transmissielijnen aanzienlijk verbeteren, terwijl ze ook veelvoorkomende toepassingen van supergeleiding (waaronder supergeleidende magneten in deeltjesversnellers en medische apparaten zoals MRI-scanners) eenvoudiger en goedkoper zouden maken.

Een fundamenteel onopgelost probleem

De klassieke theorie van supergeleiding (bekend als de BCS-theorie naar de initialen van zijn ontdekkers, Bardeen, Cooper en Schrieffer) verklaart waarom kwik en de meeste metaalelementen supergeleidend zijn onder hun T_c: hun fermionische elektronen paren om bosonen te creëren die Cooper-paren worden genoemd. Deze bosonen vormen een fase-coherent condensaat dat door het materiaal kan stromen als een superstroom die geen verstrooiing ondergaat, en als resultaat verschijnt supergeleiding. De theorie schiet echter tekort als het gaat om het verklaren van de mechanismen achter supergeleiders op hoge temperatuur. Onconventionele supergeleiding is inderdaad een fundamenteel onopgelost probleem in de fysica van de gecondenseerde materie.

Om deze materialen beter te begrijpen, moeten onderzoekers weten hoe de elektronen van deze 3D-overgangsmetalen gecorreleerd zijn en hoe sterk ze met elkaar interageren. Ruimtelijke fluctuatie-effecten (die worden versterkt door het feit dat deze oxiden doorgaans worden gemaakt als tweedimensionale of dunnefilmmaterialen) zijn ook belangrijk. Hoewel technieken zoals Feynman-diagrammatische verstoringen kunnen worden gebruikt om dergelijke fluctuaties te beschrijven, schieten ze tekort als het gaat om het vastleggen van correlatie-effecten zoals de overgang van metaal naar isolator (Mott), een van de hoekstenen van supergeleiding bij hoge temperatuur.

Dit is waar een model dat bekend staat als dynamische gemiddelde veldtheorie (DMFT) tot zijn recht komt. In het nieuwe werk leiden onderzoekers onder leiding van Technische Universiteit Wenen fysicus in vaste toestand Karsten Held gebruikte zogenaamde schematische uitbreidingen van DMFT om het supergeleidende gedrag van verschillende palladaatverbindingen te bestuderen.

Cuprate-supergeleiders bevatten een vreemde component

De berekeningen, die worden beschreven in Physical Review Letters, onthullen dat de interactie tussen elektronen sterk moet zijn, maar niet te sterk, om hoge overgangstemperaturen te bereiken. Noch cupraten noch nikkelaten komen in de buurt van deze optimale interactie van het mediumtype, maar palladaten wel. "Palladium staat direct één regel onder nikkel in het periodiek systeem", merkt Held op. “De eigenschappen zijn vergelijkbaar, maar de elektronen staan ​​daar gemiddeld wat verder van de atoomkern en van elkaar af, waardoor de elektronische interactie zwakker is.”

De onderzoekers ontdekten dat terwijl sommige palladates, met name RbSr₂PdO₃ en een'₂PdO₂Cl₂ (A′=Ba_0.5La_0.5), zijn “vrijwel optimaal”, andere, zoals NdPdO₂, zijn te zwak gecorreleerd. "Onze theoretische beschrijving van supergeleiding heeft een nieuw niveau bereikt," Motoharu Kitatani van de Universiteit van Hyogo vertelt Natuurkunde wereld. "We zijn er zeker van dat onze experimentele collega's nu zullen proberen deze materialen te synthetiseren."

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoAiStream. Web3 gegevensintelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• De toekomst slaan met Adryenn Ashley. Toegang hier.
• Koop en verkoop aandelen in PRE-IPO-bedrijven met PREIPO®. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/palladium-oxides-could-make-better-superconductors/