Oxizii de paladiu ar putea face supraconductori mai buni – Physics World

Paladatele – materiale oxidice bazate pe elementul paladiu – ar putea fi folosite pentru a face supraconductori care funcționează la temperaturi mai mari decât cuprații (oxizi de cupru) sau nichelații (oxizi de nichel), conform calculelor cercetătorilor de la Universitatea Hyogo, Japonia, TU Wien și colegi. Noul studiu identifică în continuare două astfel de palladate ca fiind „practic optime” în ceea ce privește două proprietăți importante pentru supraconductorii de înaltă temperatură: puterea de corelație și fluctuațiile spațiale ale electronilor din material.

Supraconductorii sunt materiale care conduc electricitatea fără rezistență atunci când sunt răcite sub o anumită temperatură de tranziție, T_c. Primul supraconductor care a fost descoperit a fost mercurul solid în 1911, dar temperatura sa de tranziție este doar cu câteva grade peste zero absolut, ceea ce înseamnă că este necesar un lichid de răcire scump cu heliu pentru a-l menține în faza supraconductoare. Câțiva alți supraconductori „convenționali”, așa cum sunt cunoscuți, au fost descoperiți la scurt timp după aceea, dar toți au valori la fel de scăzute ale T_c.

Cu toate acestea, începând cu sfârșitul anilor 1980, o nouă clasă de supraconductori „de înaltă temperatură” cu T_c deasupra punctului de fierbere a azotului lichid (77 K) a apărut. Acești supraconductori „neconvenționali” nu sunt metale, ci izolatori care conțin oxizi de cupru (cuprati), iar existența lor sugerează că supraconductivitatea poate persista la temperaturi și mai mari. Recent, cercetătorii au identificat materialele bazate pe oxizi de nichel ca fiind supraconductori buni la temperatură înaltă, în același sens ca și verii lor cuprați.

Un obiectiv major al acestei cercetări este de a găsi materiale care rămân supraconductoare chiar și la temperatura camerei. Astfel de materiale ar îmbunătăți considerabil eficiența generatoarelor electrice și a liniilor de transmisie, făcând totodată mai simple și mai ieftine aplicațiile comune ale supraconductivității (inclusiv magneții supraconductori în acceleratoarele de particule și dispozitivele medicale precum scanerele RMN).

O problemă fundamentală nerezolvată

Teoria clasică a supraconductivității (cunoscută sub numele de teoria BCS după inițialele descoperitorilor săi, Bardeen, Cooper și Schrieffer) explică de ce mercurul și majoritatea elementelor metalice supraconduc sub nivelul lor. T_c: electronii lor fermionici se împerechează pentru a crea bozoni numiți perechi Cooper. Acești bosoni formează un condensat coerent de fază care poate curge prin material ca un supracurent care nu experimentează împrăștiere, iar ca rezultat apare supraconductivitatea. Teoria este insuficientă, totuși, atunci când vine vorba de explicarea mecanismelor din spatele supraconductorilor de înaltă temperatură. Într-adevăr, supraconductivitatea neconvențională este o problemă fundamentală nerezolvată în fizica materiei condensate.

Pentru a înțelege mai bine aceste materiale, cercetătorii trebuie să știe cum sunt corelați electronii acestor metale de tranziție 3D și cât de puternic interacționează între ei. Efectele de fluctuație spațială (care sunt îmbunătățite de faptul că acești oxizi sunt de obicei fabricați ca materiale bidimensionale sau cu peliculă subțire) sunt de asemenea importante. În timp ce tehnici precum perturbațiile diagramei Feynman pot fi folosite pentru a descrie astfel de fluctuații, ele nu sunt insuficiente atunci când vine vorba de captarea efectelor de corelație precum tranziția metal-izolator (Mott), care este una dintre pietrele de temelie ale supraconductivității la temperatură înaltă.

Aici se realizează un model cunoscut sub numele de teoria câmpului mediu dinamic (DMFT). În noua lucrare, cercetătorii conduși de TU Viena fizician în stare solidă Karsten Held a folosit așa-numitele extensii schematice ale DMFT pentru a studia comportamentul supraconductor al mai multor compuși palladați.

Supraconductorii cuprați conțin o componentă ciudată

Calculele, care sunt detaliate în Scrisori de recenzie fizică, dezvăluie că interacțiunea dintre electroni trebuie să fie puternică, dar nu prea puternică, pentru a obține temperaturi de tranziție ridicate. Nici cuprații, nici nichelații nu sunt aproape de această interacțiune optimă, de tip mediu, dar palladații sunt. „Palladiul este direct o linie sub nichel în tabelul periodic”, observă Held. „Proprietățile sunt similare, dar electronii de acolo sunt în medie ceva mai departe de nucleul atomic și unul de celălalt, astfel încât interacțiunea electronică este mai slabă.”

Cercetătorii au descoperit că, în timp ce unele palladates, în special RbSr₂PdO₃ și A′₂PdO₂Cl₂ (A′=Ba_0.5La_0.5), sunt „practic optime”, altele, precum NdPdO₂, sunt prea slab corelate. „Descrierea noastră teoretică a supraconductivității a atins un nou nivel.” Motoharu Kitatani a Universitatea din Hyogo spune Lumea fizicii. „Suntem siguri că colegii noștri experimentali vor încerca acum să sintetizeze aceste materiale.”

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Mintând viitorul cu Adryenn Ashley. Accesați Aici.
• Cumpărați și vindeți acțiuni în companii PRE-IPO cu PREIPO®. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/palladium-oxides-could-make-better-superconductors/