Ответы могут помочь продвинуть синтез новых нетрадиционных сверхпроводников и их использование для передачи энергии, транспорта и других приложений, а также пролить свет на то, как работают купраты, что все еще остается загадкой после более чем 30 лет исследований.
В статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Materials, команда ученых из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и Стэнфордского университета сообщает о первом подробном исследовании электронной структуры сверхпроводящих оксидов или никелатов.
Ученые использовали два метода, резонансное неупругое рассеяние рентгеновских лучей (RIXS) и спектроскопию поглощения рентгеновских лучей (XAS), чтобы получить первое полное представление об электронной структуре никелатов – в основном о расположении и поведении их электронов, которые определяют свойства материала.
И купраты, и никелаты выпускаются в виде тонких двумерных листов, которые наслоены другими элементами, такими как ионы редкоземельных элементов. Эти тонкие листы становятся сверхпроводящими, когда они охлаждаются ниже определенной температуры, а плотность их свободно текущих электронов регулируется в процессе, известном как «легирование»."
Купраты – изоляторы в их предварительно легированных "основных" состояниях, а это означает, что их электроны неподвижны. После легирования электроны могут свободно перемещаться, но в основном они ограничены слоями купрата, редко проходя через промежуточные слои редкоземельных элементов, чтобы достичь своих соседей-купратов.
Но в никелатах, как выяснила команда, дело обстоит не так. Нелегированный состав – это металл со свободно текущими электронами.
Кроме того, промежуточные слои фактически вносят электроны в листы никелата, создавая трехмерное металлическое состояние, которое сильно отличается от того, что наблюдается в купратах.
Исследователи заявили, что это совершенно новый тип основного состояния для оксидов переходных металлов, таких как купраты и никелаты.
Это открывает новые направления для экспериментов и теоретических исследований того, как возникает сверхпроводимость и как ее можно оптимизировать в этой системе и, возможно, в других соединениях.