Оксиди паладію можуть стати кращими надпровідниками – Physics World

Паладати – оксидні матеріали на основі елемента паладію – можна використовувати для створення надпровідників, які працюють при вищих температурах, ніж купрати (оксиди міді) або нікелати (оксиди нікелю), згідно з розрахунками дослідників з Університету Хіоґо, Японія, TU Wien та колеги. Нове дослідження також визначає дві такі паллади як «практично оптимальні» з точки зору двох властивостей, важливих для високотемпературних надпровідників: сили кореляції та просторових флуктуацій електронів у матеріалі.

Надпровідники — це матеріали, які проводять електрику без опору при охолодженні нижче певної температури переходу, T_c. Першим надпровідником, який було відкрито в 1911 році, була тверда ртуть, але її температура переходу лише на кілька градусів вище абсолютного нуля, що означає, що для підтримки її в надпровідній фазі потрібен дорогий рідкий гелієвий охолоджувач. Кілька інших «звичайних» надпровідників, як вони відомі, були відкриті незабаром після цього, але всі вони мають такі ж низькі значення T_c.

Однак, починаючи з кінця 1980-х років, новий клас «високотемпературних» надпровідників з T_c вище температури кипіння рідкого азоту (77 К). Ці «нетрадиційні» надпровідники є не металами, а ізоляторами, що містять оксиди міді (купрати), і їх існування свідчить про те, що надпровідність може зберігатися навіть при вищих температурах. Нещодавно дослідники визначили, що матеріали на основі оксидів нікелю є хорошими високотемпературними надпровідниками в тому ж ключі, що й їхні двоюрідні брати купратні.

Основною метою цього дослідження є пошук матеріалів, які залишаються надпровідними навіть за кімнатних температур. Такі матеріали значно підвищать ефективність електричних генераторів і ліній передачі, а також спростять і здешевлять звичайне застосування надпровідності (включаючи надпровідні магніти в прискорювачах частинок і медичних пристроях, таких як МРТ-сканери).

Фундаментальна невирішена проблема

Класична теорія надпровідності (відома як теорія БКШ за ініціалами її першовідкривачів Бардіна, Купера та Шріффера) пояснює, чому ртуть і більшість металевих елементів є надпровідними нижче рівня T_c: їхні ферміонні електрони об’єднуються в пари, створюючи бозони, які називаються куперівськими парами. Ці бозони утворюють фазово-когерентний конденсат, який може протікати через матеріал як надструм, який не відчуває розсіювання, і в результаті з’являється надпровідність. Проте теорія не вдається пояснити механізми високотемпературних надпровідників. Дійсно, нетрадиційна надпровідність є фундаментальною невирішеною проблемою фізики конденсованого середовища.

Щоб краще зрозуміти ці матеріали, дослідникам потрібно знати, як співвідносяться електрони цих тривимірних перехідних металів і наскільки сильно вони взаємодіють один з одним. Ефекти просторових флуктуацій (які посилюються тим фактом, що ці оксиди зазвичай виготовляються як двовимірні або тонкоплівкові матеріали) також важливі. Хоча такі методи, як діаграмні збурення Фейнмана, можна використовувати для опису таких флуктуацій, вони недостатні, коли справа доходить до фіксації кореляційних ефектів, таких як перехід метал-ізолятор (Мотта), який є одним із наріжних каменів високотемпературної надпровідності.

Ось де модель, відома як теорія динамічного середнього поля (DMFT), вступає в свої права. У новій роботі дослідники під керівництвом TU Відень фізик твердого тіла Карстен Хелд використовував так звані діаграмні розширення DMFT для вивчення надпровідної поведінки кількох паладатних сполук.

Купратні надпровідники містять дивний компонент

Розрахунки, детально описані в Physical Review Letters,, показують, що взаємодія між електронами має бути сильною, але не надто сильною, щоб досягти високих температур переходу. Ані купрати, ані нікелати не близькі до цієї оптимальної взаємодії середнього типу, але паладати близькі. «Паладій знаходиться прямо на один рядок нижче нікелю в періодичній таблиці», — зауважує Хелд. «Властивості подібні, але електрони в середньому знаходяться дещо далі від атомного ядра та один від одного, тому електронна взаємодія слабша».

Дослідники виявили, що хоча деякі палладити, зокрема RbSr₂PdO₃ і A′₂PdO₂Cl₂ (A′=Ba_0.5La_0.5), є «практично оптимальними», інші, такі як NdPdO₂, занадто слабко корелюють. «Наш теоретичний опис надпровідності вийшов на новий рівень», Мотохару Кітатані в Університет Хего розповідає Світ фізики. «Ми впевнені, що наші колеги-експериментатори тепер спробують синтезувати ці матеріали».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• Карбування майбутнього з Адріенн Ешлі. Доступ тут.
• Купуйте та продавайте акції компаній, які вийшли на IPO, за допомогою PREIPO®. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/palladium-oxides-could-make-better-superconductors/