Studien avslöjar brutit spegel symmetri i Fermi-vätskeliknande fasen av en kuprat

27 augusti 2024 inslag

Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policyer. Redaktörer har markerat följande attribut samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet:

• faktagranskad
• peer-reviewed publikation
• pålitlig källa
• korrekturläst

av Ingrid Fadelli, Phys.org

Material som uppvisar supraledande egenskaper vid höga temperaturer, så kallade högtemperatursupraledare, har varit i fokus för många nya studier, eftersom de kan användas för att utveckla ny teknik som fungerar bra vid högre temperaturer. Även om supraledning vid hög temperatur har undersökts i stor omfattning, är dess underliggande fysik ännu inte helt förstått.

Ett viktigt steg mot en bättre förståelse av högtemperatursupraledning är att identifiera ordnade faser av högtemperatursupraledare och deras underliggande symmetri. Detta beror på att fasövergångar i dessa material i slutändan kan vara kopplade till deras supraledning.

Forskare vid Seoul National University i Korea genomförde nyligen en studie som utforskade faser och relaterade symmetrier i kupratmaterialet (Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8+δ. Deras resultat, publicerade i Nature Physics, avslöjade en fermi-vätskeliknande fas som förekommer i detta material bortom kritisk dopning, kännetecknad av en trasig spegelsymmetri.

"För ungefär fyra år sedan letade vi efter ett lämpligt experiment för vår nya utrustning som kallas rotational anisotropy second harmonic generation (RA-SHG), vilket är en mycket känslig teknik och har blivit ett viktigt experimentellt verktyg," Changyoung Kim, medförfattare till tidningen, berättade för Phys.org.

"Det fanns ett par förslag på att det skulle kunna finnas en ny fas i en region av kopparoxid- eller kupratsupraledarens fasdiagram, kallad den överdopade regionen. Instinkten slog in och vi insåg att SHG är ett lämpligt verktyg för att leta efter sådana faser.'

Supraledningsförmågan i kupratsupraledare kan moduleras med en teknik som kallas doping, vilket innebär att man lägger till föroreningar eller andra element till ett material för att ändra dess egenskaper.

Denna process gör det möjligt för forskare att selektivt uppnå supraledare, metaller eller isolatorer. Dopningsmängden vid vilken supraledning kan erhållas vid den högsta temperaturen är runt värdet 0,15, medan allt över detta värde anses vara "överdoping".

Nyligen genomförda studier visade att överdopade kupratsupraledare kunde uppvisa en ny fas. Kim och hans kollegor satte sig för att undersöka denna fas med hjälp av blydopade supraledare som tidigare syntetiserats i deras laboratorier.

"Symmetrier säger oss mycket om naturen", förklarade Kim. "Därför är att ta reda på symmetrier ett viktigt steg i fysikforskningen. Men ibland kan symmetrier vara subtila (eller ibland dolda) och därför kan det bli ganska svårt att identifiera symmetrier (eller trasiga symmetrier). SHG är en teknik som gör att vi kan upptäcka symmetrier eller deras brott på det mest känsliga sättet.'

Med hjälp av RA-SHG som utvecklats i deras labb utförde forskarna en serie tester på (Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8+δ-prover som hade dopats utöver kritisk dopning. Kritisk dopning är ett tillstånd där koncentrationen av dopämnen som införs i ett material överstiger en specifik tröskel, varefter materialet kommer att uppvisa olika fysikaliska egenskaper.

"Inom fysiken finns det något som kallas kvantfasövergång, en fasövergång som sker vid noll Kelvin (absolut nolltemperatur)," förklarade Kim. 'Punkten där fasövergången sker vid 0 K kallas en kvantkritisk punkt. Man tror att supraledning vid hög temperatur är relaterad till denna kvantkritiska punkt.

"När det gäller kupratsupraledare är den kritiska dopningen cirka 0,19 och våra experiment utfördes på prover som översteg detta värde."

Forskarna upptäckte en trasig spegelsymmetri i deras kupratprov, särskilt i en fermi-vätskeliknande fas som inträffade bortom kritisk dopning. Temperaturen vid vilken denna fas observerades sammanföll med den temperatur vid vilken konstiga metaller typiskt övergår till fermi-vätskeliknande metaller.

"Symmetrier ger viktig information och det förväntas att denna information kan leda oss till den mikroskopiska mekanismen för högtemperatursupraledning," sa Kim. "Det är därför som identifiering av faser och deras symmetri har varit kärnan i forskningen om kupratsupraledare.

”I vårt arbete hittade vi en ny fas och dess symmetri i fasdiagrammet. Den nya fasens symmetri kan hjälpa oss att identifiera fasen, vilket i sin tur kan ge oss mer information om hur en elektron interagerar med andra elektroner eller dess omgivning.'

Den nya fasen som avslöjats som en del av denna senaste studie kan snart undersökas ytterligare med hjälp av olika andra experimentella tekniker. Kim och hans kollegor hoppas att både deras senaste och framtida studier kommer att bidra till förståelsen av högtemperatursupraledning.