Badanie odkrywa złamane symetria zwierciadła w fazie podobnej do cieczy Fermiego w kuperacie

27 sierpnia 2024 Cechy Ten artykuł został przejrzany zgodnie z procesem redakcyjnym i zasadami Science X. 

Redaktorzy zwrócili uwagę na następujące cechy, dbając jednocześnie o wiarygodność treści: sprawdzenie faktów publikacja z recenzją naukową zaufane źródło korekta autorstwa Ingrid Fadelli, Phys.org Materiały wykazujące właściwości nadprzewodzące w wysokich temperaturach, znane jako nadprzewodniki wysokotemperaturowe, były przedmiotem licznych niedawnych badań, ponieważ mogą być wykorzystane do opracowania nowych technologii, które dobrze funkcjonują w wyższych temperaturach. Chociaż nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe było szeroko badane, jego podstawowa fizyka nie jest jeszcze w pełni zrozumiana. 

Jednym z kluczowych kroków w kierunku lepszego zrozumienia nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego jest zidentyfikowanie uporządkowanych faz nadprzewodników wysokotemperaturowych i ich podstawowych symetrii. 

Wynika to z faktu, że przejścia fazowe w tych materiałach mogą być ostatecznie związane z ich nadprzewodnictwem. Niedawno badacze z Uniwersytetu Narodowego w Seulu w Korei przeprowadzili badanie, w którym eksplorowali fazy i związane z nimi symetrie w materiale kuperatowym (Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8+δ. Ich wyniki, opublikowane w Nature Physics, ujawniły fazę podobną do cieczy Fermiego, występującą w tym materiale po przekroczeniu krytycznego dozowania, charakteryzowaną przez złamaną symetrię zwierciadlaną. 

„Około cztery lata temu szukaliśmy odpowiedniego eksperymentu dla naszego nowego sprzętu o nazwie druga generacja generacji anizotropowej obrotowej (RA-SHG), który jest bardzo czułą techniką i stał się ważnym narzędziem doświadczalnym”, powiedział Phys.org Changyoung Kim, współautor artykułu. 

„Były kilka sugestii, że w obszarze tlenku miedzi lub diagramu fazowego nadprzewodnika kuperatowego może występować nowa faza, zwana obszarem nadmiarowo dozowanym. Instynkt nabrał władzy i zdałem sobie sprawę, że SHG to odpowiednie narzędzie do poszukiwania takich faz.” Nadprzewodnictwo w nadprzewodnikach kuperatowych można modyfikować za pomocą techniki znanej jako dozowanie, polegającej na dodawaniu zanieczyszczeń lub innych pierwiastków do materiału w celu zmiany jego właściwości. 

Ten proces pozwala badaczom selektywnie uzyskiwać nadprzewodniki, metale lub izolatory. Ilość dozowania, przy której nadprzewodnictwo może zostać uzyskane w najwyższej temperaturze, wynosi około 0,15, podczas gdy wszystko powyżej tej wartości jest uważane za „nadmiarowo dozowane”. Niedawne badania wykazały, że nadmiarowo dozowane nadprzewodniki kuperatowe mogą wykazywać nową fazę. Kim i jego koledzy zdecydowali się zbadać tę fazę za pomocą nadmiarowo dozowanych nadprzewodników ołowiowych, wcześniej syntezyzowanych w ich laboratoriach. 

„Symetrie mówią nam wiele o naturze”, wyjaśnił Kim. 

„Dlatego rozpoznanie symetrii stanowi ważny krok w badaniach fizycznych. Jednak czasami symetrie mogą być subtelne (lub ukryte), a zatem rozpoznawanie symetrii (lub złamanej symetrii) może stać się dość trudne. SHG to technika, którą pozwala nam wykrywać symetrie lub ich złamanie w najbardziej wrażliwy sposób.” 

Korzystając z RA-SHG opracowanego w ich laboratorium, badacze przeprowadzili serię testów na próbkach (Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8+δ, które zostały dozowane po przekroczeniu krytycznego dozowania. Krytyczne dozowanie to stan, w którym stężenie domieszek wprowadzonych do materiału przekracza określony próg, po osiągnięciu którego materiał będzie prezentował inne właściwości fizyczne. „W fizyce istnieje coś takiego jak przejście fazowe kwantowe, przejście fazowe, które zachodzi przy zerowej kelwin (temperatura absolutnego zera)”, wyjaśnił Kim.

 „Punkt, w którym przejście fazowe zachodzi przy 0 K, nazywany jest punktem krytycznym kwantowym. Wierzy się, że nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe jest związane z tym punktem kwantowym. „W przypadku nadprzewodników kuperatowych krytyczne dozowanie to około 0,19, a nasze eksperymenty przeprowadzono na próbkach, które przekroczyły tę wartość.” Badacze odkryli złamaną symetrię zwierciadlaną w swojej próbce kuperatowej, konkretnie w fazie podobnej do cieczy Fermiego, która wystąpiła po przekroczeniu krytycznego dozowania. Temperatura, w której zaobserwowano tę fazę, pokrywała się z temperaturą, w której dziwne metale zwykle przechodzą w metale podobne do cieczy Fermiego. 

„Symetrie zawierają ważne informacje i oczekuje się, że te informacje mogą prowadzić nas do mikroskopowego mechanizmu nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego”, powiedział Kim. „Dlatego rozpoznanie faz i ich symetrii stanowiło serce badań nad nadprzewodnikami kuperatowymi. „W naszej pracy znaleźliśmy nową fazę i jej symetrię na diagramie fazowym. Symetria nowej fazy może pomóc nam zidentyfikować fazę, co z kolei może dostarczyć nam więcej informacji na temat tego, jak elektron oddziałuje z innymi elektronami lub swoim otoczeniem.”

Nowa faza odkryta w ramach tego ostatniego badania wkrótce będzie dalszo analizowana przy użyciu różnych innych technik eksperymentalnych. Kim i jego koledzy mają nadzieję, że ich ostatnie i przyszłe badania przyczynią się do zrozumienia nadprzewodnictwa w wysokiej temperaturze.

'Nawet jeśli nasza praca jednoznacznie sugeruje istnienie nowej fazy, ważne jest podwójne sprawdzenie za pomocą innych technik eksperymentalnych,' dodał Kim. 'Eksperymenty z innymi technikami są w trakcie. W szczególności, mamy nadzieję zidentyfikować nową fazę (SHG informuje nas o rodzaju symetrii nowej fazy, ale nie o tym, czym jest). Planujemy również przeprowadzić badania teoretyczne we współpracy z grupą teoretyczną.'

Więcej informacji: Saegyeol Jung et al, Spontaniczne łamanie symetrii zwierciadlanej w kuperacie powyżej głównej domieszkowania, Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02601-1

Alessandra Milloch et al, Nowy porządek w diagramie fazowym tlenku miedzi, Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02602-0

Informacje o czasopiśmie: Nature Physics

© 2024 Sieć Science X