Palladiumoxider kan bli bättre supraledare – Physics World

Palladater – oxidmaterial baserade på grundämnet palladium – skulle kunna användas för att tillverka supraledare som arbetar vid högre temperaturer än kuprater (kopparoxider) eller nickelater (nickeloxider), enligt beräkningar av forskare vid University of Hyogo, Japan, TU Wien och kollegor. Den nya studien identifierar vidare två sådana palladater som "nästan optimala" när det gäller två egenskaper som är viktiga för högtemperatursupraledare: korrelationsstyrkan och de rumsliga fluktuationerna hos elektronerna i materialet.

Supraledare är material som leder elektricitet utan motstånd när de kyls till under en viss övergångstemperatur, T_c. Den första supraledaren som upptäcktes var fast kvicksilver 1911, men dess övergångstemperatur är bara några få grader över den absoluta nollpunkten, vilket innebär att det krävs dyrt flytande heliumkylmedel för att hålla det i den supraledande fasen. Flera andra "konventionella" supraledare, som de kallas, upptäcktes kort därefter, men alla har liknande låga värden på T_c.

Med början i slutet av 1980-talet kom dock en ny klass av "högtemperatur" supraledare med T_c över kokpunkten för flytande kväve (77 K) uppstod. Dessa "okonventionella" supraledare är inte metaller utan isolatorer som innehåller kopparoxider (kuprater), och deras existens tyder på att supraledning kan bestå vid ännu högre temperaturer. Nyligen har forskare identifierat material baserade på nickeloxider som bra högtemperatursupraledare i samma veva som deras kupratkusiner.

Ett huvudmål med denna forskning är att hitta material som förblir supraledande även vid rumstemperatur. Sådana material skulle avsevärt förbättra effektiviteten hos elektriska generatorer och transmissionsledningar, samtidigt som vanliga tillämpningar av supraledning (inklusive supraledande magneter i partikelacceleratorer och medicinsk utrustning som MRI-skannrar) blir enklare och billigare.

Ett grundläggande olöst problem

Den klassiska teorin om supraledning (känd som BCS-teorin efter initialerna av dess upptäckare, Bardeen, Cooper och Schrieffer) förklarar varför kvicksilver och de flesta metalliska grundämnen supraledare under deras T_c: deras fermioniska elektroner parar ihop sig för att skapa bosoner som kallas Cooper-par. Dessa bosoner bildar ett faskoherent kondensat som kan strömma genom materialet som en superström som inte upplever spridning, och supraledning uppstår som ett resultat. Teorin misslyckas dock när det gäller att förklara mekanismerna bakom högtemperatursupraledare. Okonventionell supraledning är faktiskt ett grundläggande olöst problem i fysik av kondenserad materia.

För att bättre förstå dessa material behöver forskare veta hur elektronerna i dessa 3d-övergångsmetaller är korrelerade och hur starkt de interagerar med varandra. Rumsliga fluktuationseffekter (som förstärks av det faktum att dessa oxider vanligtvis tillverkas som tvådimensionella eller tunnfilmsmaterial) är också viktiga. Medan tekniker som Feynmans diagrammatiska störningar kan användas för att beskriva sådana fluktuationer, kommer de till korta när det gäller att fånga korrelationseffekter som metallisolatorövergången (Mott), som är en av hörnstenarna i högtemperatursupraledning.

Det är här en modell som kallas dynamisk medelfältteori (DMFT) kommer till sin rätt. I det nya arbetet har forskare under ledning av Wiens Tekniska Universitet fysik i fast tillstånd Karsten Held använde så kallade schematiska förlängningar till DMFT för att studera supraledande beteende hos flera palladatföreningar.

Cuprate supraledare innehåller en konstig komponent

Beräkningarna, som beskrivs i detalj i Fysiska granskningsbrev, avslöjar att interaktionen mellan elektroner måste vara stark, men inte för stark, för att uppnå höga övergångstemperaturer. Varken kuprater eller nickelater är i närheten av denna optimala interaktion av medeltyp, men palladat är det. "Palladium är direkt en linje under nickel i det periodiska systemet," konstaterar Held. "Egenskaperna är likartade, men elektronerna där är i genomsnitt något längre bort från atomkärnan och varandra, så den elektroniska interaktionen är svagare."

Forskarna fann att medan vissa palladates, särskilt RbSr₂PdO₃ och A′₂PdO₂Cl₂ (A′=Ba_0.5La_0.5), är "nästan optimala", andra, såsom NdPdO₂, är för svagt korrelerade. "Vår teoretiska beskrivning av supraledning har nått en ny nivå," Motoharu Kitatani av Universitetet i Hyogo berättar Fysikvärlden. "Vi är positiva till att våra experimentella kollegor nu kommer att försöka syntetisera dessa material."

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tillgång här.
• Köp och sälj aktier i PRE-IPO-företag med PREIPO®. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/palladium-oxides-could-make-better-superconductors/