Ученые из Департамента энергетики Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Стэнфордского университета сделали первый оксида никеля материала, который показывает явные признаки сверхпроводимость-способность передавать электрический ток без потерь.
Также известен как nickelate, это первый в новом семействе необычных сверхпроводников, которые очень похожи на оксиды меди, или купратов, чьи открытия в 1986 году, породил надежды, что когда-нибудь сверхпроводники могут работать при температурах вблизи комнатной и революционизировать электронные устройства, линии электропередач и другие технологии. Эти сходства ученые интересно, если nickelates также может superconduct при относительно высоких температурах.
В то же время, новый материал, кажется, отличается от купратов в основополагающих направлениях-например, может не содержать тип магнетизма, что все сверхпроводящих купратов есть … и это может опрокинуть ведущих теорий о том, как эти нетрадиционные сверхпроводники работы. После более чем трех десятилетий исследований, никто не прикалывается, что вниз.
Эксперименты вели в Даньфенсянь ли, научный сотрудник Стэнфордского института материалов и энергетических наук на ускорителе SLAC, и описал сегодня в природе.
«Это очень важное открытие, что требует от нас переосмысления детали электронная структура и механизмы сверхпроводимости в этих материалах», — сказал Джордж компания sawatzky, профессор физики и химии в Университете Британской Колумбии, который не был вовлечен в исследование, но написал комментарий, который сопровождал бумаги в природе. «Это приведет к тому, что очень много людей прыгать в расследовании этого нового класса материалов, и всякие экспериментальные и теоретические работы будет сделано».
Трудный путь
С тех пор, как в купратных сверхпроводниках были обнаружены, ученые мечтали о создании подобных оксидных материалов на основе никеля, который находится рядом с меди на периодическую таблицу элементов.
Но nickelates с атомной структурой, что способствует сверхпроводимости оказалось неожиданно трудно.
«Насколько нам известно, nickelate мы старались сделать не стабильны при очень высоких температурах-около 600 градусов по Цельсию … где эти материалы выращиваются, как правило,» Li сказал. «Поэтому нам нужно начать с чего-то мы можем стабильно расти при высоких температурах, а затем трансформировать ее на более низких температурах в той форме, которую мы хотели».
Он начал с перовскит — материала определяется его уникальным, двойной пирамиды атомная структура — что содержащиеся неодим, никель и кислород. Затем он накачивал перовскита путем добавления стронция; это обычный процесс, который добавляет химию для материала, чтобы сделать больше свои электроны свободно течь.
Этот украл электронов от атомов никеля, не оставляя свободных «дыр», а атомы никеля не были счастливы об этом, сказал Ли. Материал сейчас был нестабильным, делая следующий шаг — рост тонкой пленки на поверхности-очень сложно; ему потребовалось полгода, чтобы заставить его работать.
‘Дженга химии’
Как только это было сделано, ли разрезать фильм на мелкие кусочки, свободно завернуть его в алюминиевую фольгу и запечатал ее в пробирку с химическим веществом, которое аккуратно вырвал слой его атомов кислорода-так же, как вытащить занозу из шаткая башня Дженга блоков. Это отражено в фильме в совершенно новую атомную структуру-стронция, легированного nickelate.
«Каждый из этих шагов была продемонстрирована», — сказал Ли, «но не в этой комбинации.»
Он помнит тот момент, когда в лаборатории, около 2 часов ночи, когда тесты показали, что допированный nickelate может быть сверхпроводящим. Ли был так взволнован, что он не спал всю ночь, а утром кооптирован очередное заседание своей исследовательской группы, чтобы показать им, что он нашел. Вскоре многие члены группы присоединились к нему в круглосуточном усилия для улучшения и изучения этого материала.
Дальнейшее тестирование показало, что nickelate действительно сверхпроводимости в диапазоне температур от 9-15 кельвинах — невероятно холодно, но первый пуск с возможностями средних температурах.
Больше работы впереди
Исследование нового материала находится в «очень, очень ранней стадии, и есть много работы впереди», — предостерег Гарольд Хван, Саймс следователь, профессор ускорителе SLAC и Стэнфордского и ведущий автор доклада. «Мы только что видели первые базовые эксперименты, и теперь нам нужно сделать целую батарею расследования, которые продолжаются до сих пор с купратов.»
Среди прочего, он сказал, что ученые хотят, чтобы дурь в nickelate материал различными способами, чтобы увидеть, как это влияет на его сверхпроводимости при различных температурах, и определить, могут ли другие nickelates может стать сверхпроводником. Другие исследования будут изучать магнитную структуру материала и его отношения к сверхпроводимости.
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!