Tlenki palladu mogą tworzyć lepsze nadprzewodniki – Physics World

Według obliczeń naukowców z University of Hyogo w Japonii, TU Wien i współpracownicy. Nowe badanie dalej identyfikuje dwa takie pallady jako „praktycznie optymalne” pod względem dwóch właściwości ważnych dla nadprzewodników wysokotemperaturowych: siły korelacji i przestrzennych fluktuacji elektronów w materiale.

Nadprzewodniki to materiały, które po schłodzeniu poniżej określonej temperatury przejściowej przewodzą prąd elektryczny bez oporu, T_c. Pierwszym odkrytym nadprzewodnikiem była rtęć w stanie stałym w 1911 r., ale jej temperatura przemiany wynosi zaledwie kilka stopni powyżej zera absolutnego, co oznacza, że ​​do utrzymania jej w fazie nadprzewodzącej potrzebny jest drogi chłodziwo w postaci ciekłego helu. Wkrótce potem odkryto kilka innych „konwencjonalnych” nadprzewodników, ale wszystkie mają podobnie niskie wartości T_c.

Jednak począwszy od późnych lat 1980. XX wieku pojawiła się nowa klasa nadprzewodników „wysokotemperaturowych” z T_c powyżej temperatury wrzenia ciekłego azotu (77 K). Te „niekonwencjonalne” nadprzewodniki nie są metalami, ale izolatorami zawierającymi tlenki miedzi (miedziany), a ich istnienie sugeruje, że nadprzewodnictwo może utrzymywać się w jeszcze wyższych temperaturach. Niedawno naukowcy zidentyfikowali materiały oparte na tlenkach niklu jako dobre nadprzewodniki wysokotemperaturowe, podobnie jak ich kuzyni z miedzi.

Głównym celem tych badań jest znalezienie materiałów, które pozostają nadprzewodnikami nawet w temperaturze pokojowej. Takie materiały znacznie poprawiłyby wydajność generatorów elektrycznych i linii przesyłowych, jednocześnie upraszczając i obniżając powszechne zastosowania nadprzewodnictwa (w tym magnesów nadprzewodzących w akceleratorach cząstek i urządzeniach medycznych, takich jak skanery MRI).

Podstawowy nierozwiązany problem

Klasyczna teoria nadprzewodnictwa (znana jako teoria BCS od inicjałów jej odkrywców, Bardeena, Coopera i Schrieffera) wyjaśnia, dlaczego rtęć i większość pierwiastków metalicznych wykazuje nadprzewodnictwo poniżej swoich T_c: ich elektrony fermionowe łączą się w pary, tworząc bozony zwane parami Coopera. Te bozony tworzą spójny fazowo kondensat, który może przepływać przez materiał jako nadprąd, który nie podlega rozpraszaniu, w wyniku czego pojawia się nadprzewodnictwo. Teoria zawodzi jednak, jeśli chodzi o wyjaśnienie mechanizmów stojących za nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi. Rzeczywiście, niekonwencjonalne nadprzewodnictwo jest fundamentalnym nierozwiązanym problemem w fizyce materii skondensowanej.

Aby lepiej zrozumieć te materiały, naukowcy muszą wiedzieć, w jaki sposób elektrony tych metali przejściowych 3D są skorelowane i jak silnie oddziałują ze sobą. Istotne są również efekty fluktuacji przestrzennej (które są wzmacniane przez fakt, że tlenki te są zwykle wytwarzane jako materiały dwuwymiarowe lub cienkowarstwowe). Chociaż techniki takie jak perturbacje diagramu Feynmana można wykorzystać do opisania takich fluktuacji, są one niewystarczające, jeśli chodzi o uchwycenie efektów korelacji, takich jak przejście metal-izolator (Mott), które jest jednym z kamieni węgielnych nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego.

W tym miejscu przydaje się model znany jako teoria dynamicznego średniego pola (DMFT). W nowej pracy naukowcy pod kierunkiem Uniwersytet Techniczny w Wiedniu fizyk ciała stałego Karstena Helda użył tak zwanych rozszerzeń schematycznych DMFT do zbadania nadprzewodzącego zachowania kilku związków palladianowych.

Nadprzewodniki miedzianowe zawierają dziwny składnik

Obliczenia, które są szczegółowo opisane w Physical Review Letters, ujawniają, że oddziaływanie między elektronami musi być silne, ale niezbyt silne, aby osiągnąć wysokie temperatury przejścia. Ani miedziany, ani niklany nie są zbliżone do tej optymalnej interakcji typu średniego, ale palladiany są. „Pallad znajduje się dokładnie o jedną linię poniżej niklu w układzie okresowym pierwiastków”, zauważa Held. „Właściwości są podobne, ale elektrony są średnio nieco dalej od jądra atomowego i siebie nawzajem, więc interakcja elektronowa jest słabsza”.

Naukowcy odkryli, że chociaż niektóre pallady, zwłaszcza RbSr₂Pdo₃ i A′₂Pdo₂Cl₂ (A′=Ba_0.5La_0.5), są „praktycznie optymalne”, inne, takie jak NdPdO₂, są zbyt słabo skorelowane. „Nasz teoretyczny opis nadprzewodnictwa osiągnął nowy poziom” Motoharu Kitataniego ukończenia Uniwersytet w Hyogo mówi Świat Fizyki. „Jesteśmy przekonani, że nasi eksperymentalni koledzy spróbują teraz zsyntetyzować te materiały”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoAiStream. Analiza danych Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• Wybijanie przyszłości w Adryenn Ashley. Dostęp tutaj.
• Kupuj i sprzedawaj akcje spółek PRE-IPO z PREIPO®. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/palladium-oxides-could-make-better-superconductors/