Оксиды палладия могут стать лучшими сверхпроводниками

Палладаты — оксидные материалы на основе элемента палладия — могут быть использованы для создания сверхпроводников, которые работают при более высоких температурах, чем купраты (оксиды меди) или никелаты (оксиды никеля), согласно расчетам исследователей из Университета Хиого, Япония, TU Wien и коллеги. Новое исследование также определяет два таких палладата как «практически оптимальные» с точки зрения двух свойств, важных для высокотемпературных сверхпроводников: силы корреляции и пространственных флуктуаций электронов в материале.

Сверхпроводники — это материалы, которые проводят электричество без сопротивления при охлаждении ниже определенной температуры перехода. T_c. Первым сверхпроводником, открытым в 1911 году, была твердая ртуть, но температура ее перехода всего на несколько градусов выше абсолютного нуля, а это означает, что для поддержания ее в сверхпроводящей фазе требуется дорогостоящий жидкий гелиевый хладагент. Несколько других «обычных» сверхпроводников, как они известны, были открыты вскоре после этого, но все они имеют столь же низкие значения T_c.

Однако начиная с конца 1980-х годов появился новый класс «высокотемпературных» сверхпроводников с T_c выше точки кипения жидкого азота (77 К). Эти «нетрадиционные» сверхпроводники представляют собой не металлы, а изоляторы, содержащие оксиды меди (купраты), и их существование предполагает, что сверхпроводимость может сохраняться и при более высоких температурах. Недавно исследователи идентифицировали материалы на основе оксидов никеля как хорошие высокотемпературные сверхпроводники в том же духе, что и их родственники из купратов.

Основная цель этого исследования — найти материалы, которые сохраняют сверхпроводимость даже при комнатных температурах. Такие материалы значительно повысят эффективность электрических генераторов и линий передачи, а также упростят и удешевят распространенные применения сверхпроводимости (включая сверхпроводящие магниты в ускорителях частиц и медицинских устройствах, таких как томографы МРТ).

Фундаментальная нерешенная проблема

Классическая теория сверхпроводимости (известная как теория БКШ по инициалам ее первооткрывателей Бардина, Купера и Шриффера) объясняет, почему ртуть и большинство металлических элементов обладают сверхпроводимостью ниже их предела. T_c: их фермионные электроны спариваются, создавая бозоны, называемые парами Купера. Эти бозоны образуют фазово-когерентный конденсат, который может протекать через материал в виде сверхтока, не испытывающего рассеяния, в результате чего появляется сверхпроводимость. Однако эта теория терпит неудачу, когда дело доходит до объяснения механизмов, лежащих в основе высокотемпературных сверхпроводников. Действительно, нетрадиционная сверхпроводимость является фундаментальной нерешенной проблемой в физике конденсированного состояния.

Чтобы лучше понять эти материалы, исследователям необходимо знать, как коррелируют между собой электроны этих 3d-переходных металлов и насколько сильно они взаимодействуют друг с другом. Эффекты пространственной флуктуации (которые усиливаются тем фактом, что эти оксиды обычно изготавливаются в виде двумерных или тонкопленочных материалов) также важны. Хотя такие методы, как диаграммные возмущения Фейнмана, могут использоваться для описания таких флуктуаций, они терпят неудачу, когда дело доходит до захвата корреляционных эффектов, таких как переход металл-изолятор (Мотта), который является одним из краеугольных камней высокотемпературной сверхпроводимости.

Именно здесь вступает в свои права модель, известная как теория динамического среднего поля (DMFT). В новой работе исследователи под руководством Венский технический университет физик твердого тела Карстен Хелд использовали так называемые диаграммные расширения DMFT для изучения сверхпроводящего поведения нескольких соединений палладата.

Купратные сверхпроводники содержат странный компонент

Расчеты, которые подробно описаны в Physical Review Letters,, показывают, что взаимодействие между электронами должно быть сильным, но не слишком сильным, чтобы достичь высоких температур перехода. Ни купраты, ни никелаты не близки к этому оптимальному взаимодействию среднего типа, в отличие от палладатов. «Палладий находится на одну строчку ниже никеля в таблице Менделеева, — отмечает Хелд. «Свойства схожи, но электроны там в среднем несколько дальше от ядра атома и друг от друга, поэтому электронное взаимодействие слабее».

Исследователи обнаружили, что хотя некоторые палладаты, особенно RbSr₂ПдО₃ и А'₂ПдО₂Cl₂ (А'=Ва_0.5La_0.5), являются «практически оптимальными», другие, такие как NdPdO₂, слишком слабо коррелированы. «Наше теоретическое описание сверхпроводимости вышло на новый уровень. Мотохару Китатани Университет Хиого говорит Мир физики. «Мы уверены, что наши коллеги-экспериментаторы теперь попытаются синтезировать эти материалы».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• ПлатонАйСтрим. Анализ данных Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Покупайте и продавайте акции компаний PREIPO® с помощью PREIPO®. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/palladium-oxides-could-make-better-superconductors/