钯氧化物可以制造更好的超导体——物理世界

根据日本兵库大学、TU Wien 和同事。 这项新研究进一步确定了两种钯酸盐在高温超导体的两个重要特性方面“几乎是最佳的”：相关强度和材料中电子的空间波动。

超导体是当冷却到特定转变温度以下时无电阻导电的材料， T_c. 第一个被发现的超导体是 1911 年的固态汞，但它的转变温度仅比绝对零高几度，这意味着需要昂贵的液态氦冷却剂才能使其保持在超导状态。 不久之后发现了其他几种众所周知的“传统”超导体，但它们都具有同样低的值 T_c.

然而，从 1980 世纪 XNUMX 年代后期开始，一类新的“高温”超导体与 T_c 高于液氮沸点 (77 K) 出现。 这些“非常规”超导体不是金属，而是含有氧化铜（铜酸盐）的绝缘体，它们的存在表明超导性可能在更高的温度下持续存在。 最近，研究人员发现基于氧化镍的材料与铜酸盐表亲一样，都是良好的高温超导体。

这项研究的一个主要目标是找到即使在室温下也能保持超导的材料。 这种材料将大大提高发电机和传输线的效率，同时也使超导性的常见应用（包括粒子加速器中的超导磁体和核磁共振扫描仪等医疗设备）变得更简单、更便宜。

一个基本未解决的问题

经典的超导理论（以其发现者 Bardeen、Cooper 和 Schrieffer 姓名首字母命名的 BCS 理论）解释了为什么水银和大多数金属元素在其以下超导 T_c：它们的费米子电子配对形成称为库珀对的玻色子。 这些玻色子形成一种相位相干的凝聚体，可以作为超电流流过材料，不会发生散射，结果出现超导性。 然而，在解释高温超导体背后的机制时，该理论存在不足。 事实上，非常规超导性是凝聚态物理学中一个尚未解决的基本问题。

为了更好地了解这些材料，研究人员需要了解这些 3d 过渡金属的电子如何相互关联以及它们相互作用的强度。 空间波动效应（由于这些氧化物通常制成二维或薄膜材料而得到增强）也很重要。 虽然费曼图解扰动等技术可用于描述此类波动，但在捕捉金属-绝缘体 (Mott) 跃迁等相关效应时，它们还不够，这是高温超导性的基石之一。

这就是称为动态平均场理论 (DMFT) 的模型发挥作用的地方。 在这项新工作中，由 恩维恩 固态物理学家 卡斯滕赫尔德 使用所谓的 DMFT 图解扩展来研究几种钯化合物的超导行为。

铜酸盐超导体含有一种奇怪的成分

计算，详见 “物理评论快报”, 表明电子之间的相互作用必须很强，但不能太强，才能达到高转变温度。 铜酸盐或镍酸盐都不接近这种最佳的中型相互作用，但钯酸盐接近。 “在元素周期表中，钯仅比镍低一行，”赫尔德观察到。 “性质相似，但那里的电子平均离原子核和彼此之间的距离稍远，因此电子相互作用较弱。”

研究人员发现，虽然一些钯酸盐，尤其是 RbSr₂氧化钯₃ 和A′₂氧化钯₂Cl₂ (A′=Ba_0.5La_0.5), 是“几乎最优”, 其他的, 如 NdPdO₂, 相关性太弱。 “我们对超导性的理论描述达到了一个新的水平，” 北谷元晴 的 兵库县大学 告诉 物理世界. “我们确信我们的实验同事现在将尝试合成这些材料。”

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/palladium-oxides-could-make-better-superconductors/