Potansiyel bir süper iletkendeki atomik bozulmalarla ilişkili “yük yoğunluğu dalgası”

Haberler – Upton, NY – Bazı malzemelerin direnç olmadan akım taşımasına neden olan nedir? Bilim adamları karmaşık özellikleri çözmeye çalışıyorlar. Süperiletkenlik olarak bilinen bu özellikten yararlanmak, tamamen verimli güç hatlarına, ultra hızlı bilgisayarlara ve bir dizi enerji tasarruflu ilerlemeye yol açabilir. bu malzemeleri anlamak öyle değil Süperiletkenlik, bu potansiyelin kilidini açma arayışının önemli bir parçasıdır.

ABD Enerji Bakanlığı’nın Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nda Yoğun Madde Fiziği ve Malzeme Bilimi Bölümü’nde fizikçi olan Kazuhiro Fujita, “Sorunu çözmek için bu malzemelerin birçok aşamasını anlamamız gerekiyor” dedi. Yakın zamanda yayınlanan yeni bir çalışmada X fiziksel incelemeFujita ve meslektaşları, bir bakır oksit süper iletkenin süper iletken fazıyla bir arada var olan bir fazda gözlemlenen tuhaflık için bir açıklama aradılar.

Anomali, maddenin kristal kafesini oluşturan atomlardan titreşim enerjisinin gizemli bir şekilde kaybolmasıydı. Fujita, “X-ışınları, atomların belirli şekillerde titreştiğini gösteriyor” dedi. Ancak madde soğuduğunda, röntgen çalışmaları Göster, bir titreşim modu durur.

Fujita, “Çalışmamız, neler olup bittiğini anlayıp anlayamayacağımızı görmek için bu malzemenin kafes yapısı ile elektronik yapısı arasındaki ilişkiyi araştırdı” dedi.

Brookhaven ekibi, Görüntüleme Tarama Tünel Spektroskopisi (SI-STM) adlı bir araç kullandı. kullanarak katmanlı malzemenin yüzeyini silerek trilyonBir metreye kadar doğrulukla, atomları haritalandırabilir ve aralarındaki mesafeleri ölçebilir ve aynı anda atomik ölçekte her konumdaki elektrik yükünü ölçebilirler.

Ölçümler, titreşirken atomların ortalama konumlarını alacak kadar hassastı ve bu konumların titreşimler durduğunda nasıl yer değiştirdiğini ve sabitlendiğini gösterdi. Ayrıca, anormal titreşim gecikmesinin, malzemede standartlaştırılmış bir yük yoğunluğu dağılımı olan bir ‘yük yoğunluğu dalgasının’ görünümüyle doğrudan ilişkili olduğunu da gösterdiler.

Fujita, yük yoğunluk dalgasını oluşturan elektronların lokalize olduğunu, yani nihai olarak süper iletken fazı oluşturan daha hareketli, akım taşıyan elektronlardan ayrı sabit konumlarda olduklarını açıkladı. Bu lokalize elektronlar, yan yana yerleştirilmiş merdivenler olarak görselleştirilebilen daha yüksek ve daha düşük yoğunluklardan oluşan tekrar eden bir model oluşturur (şemaya bakın). Atomların doğal titreşimlerini bozan ve “derece” yönünde konumlarını değiştiren bu modelin görünüşüdür.

Fujita, “Sıcaklık düştükçe ve yük yoğunluğu dalgası (CDW) ortaya çıktıkça, titreşimlerin enerjisi azalır” dedi. “Hem yük dağılımını hem de atomik yapıyı aynı anda ölçerek, bir CDW’nin görünümünün atomları nasıl yerinde tuttuğunu görebilirsiniz.”

Bu sonuç, atomlar titreştiğinde, yük yoğunluğu dalgasının kafesle etkileşime girdiğini ve kafesi kapattığını gösterir. Fujita, “Titreşimleri durdurur ve ağı deforme eder,” dedi.

Bu, bir süper iletken malzemenin bir fazının iki özelliğinin nasıl bir araya gelebileceğine dair başka bir ipucu. Ancak Fujita, bu umut verici malzeme hakkında ortaya çıkarılacak çok şey olduğunu söyledi.

“Pek çok değişken var. Elektronlar ve kafes sadece ikisi. Bu malzemeleri gerçekten anlamak için bunların hepsine ve birbirleriyle nasıl etkileştiklerine bakmalıyız” dedi.

Bu çalışma, Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi (BES) tarafından desteklenmiştir.

Mikroelektronik ve atomik tarama

Bu çalışmada kullanılan taramalı tünelleme spektroskopi mikroskobu (SI-STM), çevresinden tamamen izole edilerek maksimum çözünürlüğüne ulaşmaktadır. Brookhaven kampüsündeki Disiplinlerarası Bilim Binasının temelinden ayrı olarak zemine sabitlenmiş titreşim yastıklı yaylar üzerinde “yüzen” beton bir küp içinde yer alır. Elektromanyetik yalıtım Faraday kafesi, ses yalıtım köpüğü ve üç kat kapı, her türlü dış titreşimden tam koruma sağlar.

Fujita, “Herhangi bir dış titreşim olsaydı, deneyi öldürürdü,” dedi. “Deneyi düzgün bir şekilde yürütmek için titreşimi izole etmemiz gerekiyor.”

Ölçüm yapılırken, numunenin yaklaşık onda biri kadar bir mesafeden numune üzerinde bir iğne gezdirilir.milyar metre başına veya yaklaşık bir atomun çapı kadar – ama yüzeye değmez. Değişken voltajların uygulanması, elektronların numuneden uca tünellemesine (veya sekmesine) izin vererek bir akım oluşturur. Her bir bölgedeki akımın gücü, malzemenin elektron yoğunluğunu belirlerken eş zamanlı spektral görüntüleme, atomik konumlar ve safsızlıklar ve kusurlardan kaynaklanan değişiklikler dahil olmak üzere numunenin topolojik özelliklerini yakalar.

Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, ABD Enerji Bakanlığı’nın Bilim Ofisi tarafından desteklenmektedir. Office of Science, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki fizik bilimlerindeki temel araştırmaların en büyük destekçisidir ve zamanımızın en acil zorluklarından bazılarını ele almak için çalışır. Daha fazla bilgi için ziyaret edin bilim.enerji.gov.

BrookhavenLab’ı Twitter’da takip edin twitter veya bizi bulun Facebook.