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发现电荷密度波顺序会被“记住”,或将为超导体研究带来新突破

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发表于 2019-11-8 14:13:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
在超导材料具有以电阻几乎为零的导电本事,所谓的高温超导体(HTSC)是新一代先辈技术的大要候选者。其中之一的“铜酸盐”是基于氧化铜平面的晶体材料,特别有远景。但在支流的室温利用之前,科学家们仍然必要对这些材料有更多的了解。现在,即使是“高温”超导体也必须按一样平常标准冷却到很是很是冷的温度。在美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实行室工作的布鲁克海文和伦敦大学学院的科学家限制发现了一种新的,使人惊奇的周期性电荷排列。
我的关键词 发现电荷密度波顺序会被“记住”,或将为超导体研究带来新突破  新闻


这类电荷排列与铜酸盐中的超导电性共存,称为电荷密度波(CDW),发现当样品频频加热超出电荷密度波消失的温度时,样品中特定的电荷密度波顺序会被“记着”。这一发现为研讨这些耐人寻味的材料机制斥地了一条新路子,使科学家向完整的铜酸盐中电孜扌为迈进了一步。参加这项研讨的研讨职员之一布鲁克海文实行室物理学家Claudio Mazzoli表白说:这就像融化一堆冰块,然后重新解冻它们,然后发现它们重新解冻成一堆类似的立方体,即使是在微观层面,此前没人会想到会看到这一幕。
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其研讨成果颁发在《自然通讯》期刊上,与全数高温超导体一样,铜酸盐的电孜扌为相当复杂。望文生义,组成电荷密度波的电子构成周期驻波图案。几乎全数的铜酸盐中都观察到了电荷密度波,但它们在超导中的感化仍未完全了解。它们与超导电性合作吗?它们参加了吗?它们能否以某些方式劝止超导,并大要在其他方面增加超导电性?科学家们仍在研讨这个题目。另一位作者布鲁克海文物理学家马克·迪恩(Mark Dean)表白说:在高温超导体中,研讨职员对电子的任何排列都很感爱好。
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目标是研讨这些排列,并对它们举行调解(大要将它们移除)以便材料的超导变化温度可以靠近或超出室温。要做到这一点,必须尽大要多地了解高温超导体中电子的行为及其结构。研讨职员确切晓得的一件事是,含有类似氧化铜平面的铜酸盐(但排列方式略有不同)大要具有截然差此外性质。这样看来,承载电荷密度波的晶格部分对电荷密度波有影响。该小组起头研讨更多关于材料的晶格结构和电荷密度波行为之间的关系。研讨的模子系统是一种被称为LBCO的铜酸盐,由于它所包含的化合物是:镧、钡、铜和氧。
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LBCO的变化温度(低于它表现电荷密度波的温度,高于它不表现电荷密度波的温度)为54开尔文(K)(尽管相当于大约-217.7摄氏度,这个温度在超导体全国中仍然相对较高),研讨小组想要找出LBCO晶格中的缺点是怎样安定电荷密度波。研讨职员对发生在材料中一种众所周知的晶格扭曲特别感爱好:由连系的铜和氧原子构成八面体外形的倾斜。这类倾斜偏向于将电荷密度波锚定到晶格,使得其定向于特定偏向;看起来电荷密度波大要对晶格的空间不均匀性或畴敏感。
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如本研讨中所展现的温度行为所表白:电荷密度波和畴之间的这类关系大如果LBCO所独占,了解这能否是铜酸盐的一样平常特征将很是严重。研讨小组将LBCO样品循环经过一系列温度,频频加热和冷却,同时在布鲁克海文国家同步光源II(NSLS-II)(美国能源部科学办公室用户法子)对其举行X射线探测。在关连软X射线散射(CSX)光束线上,利用了一种称为关连共振X射线衍射的技术,其中X射线从CDW空间排列中的不同地域散射,相互干扰,并构成由特别相机捕捉的“散斑”图案,分析此形式会天生有关电荷密度波功用的信息。
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研讨使命间接观察电荷密度波,同时跟踪其在必定温度范围内的变化,整体来说很是具有搬弄性,这在很洪流平上是由于电荷密度波的特征间隔很是短。同步光源II很是得当这类典范的研讨,由于它发生的光具有关连性质,这意味着光波的传播齐截,而不是不同步和混乱的,较老的光源没有这类高度关连的光束。散斑分析表白,即使样品在更高的温度下反复循环,直到大约240K(约-28°F),存在于54K以下的特定电荷密度波有序仍然存在。研讨职员以为,是在240K以下发生的晶体结构变化缔造了一种将电荷密度波锚定在晶格上的“钉扎景观”。
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本研讨为研讨超导铜酸盐中电荷和晶格自在度之间的复杂相互感化斥地了一条新路子,这也是同步光源II怎样用于研讨材料的量子相及其壮观的、意想不到的性质的一个很好证实。布鲁克海文大学和伦敦大学的物理学家伊恩·罗宾逊(Ian Robinson)表现说:这一结果夸大了纳米标准磁畴在高温超导中的严重感化。假如没有已经观察到的磁畴钉扎效应,电荷密度波大要会照顾电流,进一步破坏超导电性。对这些奥妙的‘阶段’域结构举行成像仍处于低级阶段,这项研讨工作突出表白必要斥地更好的成像技术,以即可以间接看到结构细节。
博科园|研讨/来自:布鲁克海文国家实行室
参考期刊《自然通讯》
DOI: 10.1038/s41467-019-09433-1
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