一個扭曲的超導體故事

根據(jù)萊斯大學的科學家的說法，這種力量的字面擾動改變了物理學家長期以來認為的超導特性 。

大米物理學家 鵬程戴 和 安德烈Nevidomskyy 及其同事使用模擬和 中子散射 實驗，顯示材料的原子結構以顯示晶格的微小的扭曲所謂鐵 pnictide 的鈉，鐵，鎳和砷的化合物。

在最佳超導性點附近的超級溫度下，在材料中的其他對稱原子級中觀察到這些局部變形。他們表示研究人員可能會有一些擺動空間，因為他們努力提高鐵磷酸鹽 成為超導體的溫度 。

Nature Communications報道的這一發(fā)現(xiàn) 是賴斯團隊和，德國和合作者近兩年的工作成果。

Dai和Nevidomskyy都是 賴斯量子材料中心 (RCQM)的成員，他們對產(chǎn)生新的集體現(xiàn)象(如超導性)的基本過程感興趣，這種現(xiàn)象允許材料在沒有電阻的情況下傳輸電流。

科學家最初發(fā)現(xiàn)超微溫度下的超導性使原子以室溫下不可能的方式合作。甚至已知的“高溫”超導體在環(huán)境壓力下以134開爾文最高，相當于零下218華氏度。

因此，如果對超導電性的廣泛實際應用有任何希望，科學家必須找到原子及其成分在各種條件下的行為基本物理學的漏洞。

這就是賴斯研究人員對鐵磷脂所做的研究，這是一種鈉，鐵和砷的“ 非常規(guī)超導體 ”，特別是摻鎳時。

為了使任何材料超導，必須冷卻。它通過三個過渡發(fā)送它：第一，改變晶格的結構相變; 第二，磁轉變似乎將順磁性材料轉變 為 反鐵磁體 ，其中原子的自旋在交替方向上排列; 第三，向超導性的過渡。有時第一階段和第二階段幾乎同時發(fā)生，具體取決于材料。

在大多數(shù)非常規(guī)超導體中，每個階段對下一階段都至關重要，因為系統(tǒng)中的電子開始以庫珀對結合在一起， 在量子臨界點處達到峰值相關性，在 此點處磁性有序被抑制并且出現(xiàn)超導性。

但是在pnictide超導體中，研究人員發(fā)現(xiàn)第一次轉變有點模糊，因為一些晶格具有稱為 向列 相的性質。Nematic來自希臘語中的“線狀”，類似于液體的物理學， 它與外力作出反應。

材料超導性的關鍵似乎在于鐵磷脂所特有的微妙特性：晶格中的結構轉變，其原子的有序排列，從 四方 到 正交。在四方晶體中，原子排列成在一個方向上拉伸的立方體。正交結構的形狀像磚。

已知鈉 - 鐵 - 砷磷酸鹽晶體是四方晶體，直到冷卻到轉變溫度，迫使晶格變成斜方晶系，這是在較低溫度下出現(xiàn)的超導性的一個步驟。但萊斯研究人員驚訝地看到異常正交區(qū)域遠高于結構轉變溫度。據(jù)報道，這種情況發(fā)生在最低限度摻雜鎳的樣品中，并且在材料過度摻雜時會持續(xù)存在。

“在四方相中，晶格的(方形)A和B方向絕對相等，”戴先生說，他在標準與技術研究中心橡樹嶺實驗室進行了中子散射實驗來描述材料。 Heinz Maier-Leibnitz中心的中子研究和中子源研究。

“當你冷卻下來時，它最初會變成斜方晶系，這意味著晶格在一個軸上自發(fā)地坍塌，但仍然沒有磁性順序。我們發(fā)現(xiàn)通過非常精確地測量這個晶格參數(shù)及其溫度依賴性失真，我們能夠分辨出晶格在順磁四方狀態(tài)下如何隨溫度變化。“

他們驚訝地看到超導向列相的凹坑甚至在第一次過渡之上使晶格偏向正交形式。

“整篇論文表明，在原則上應該是四邊形的系統(tǒng)溫度下出現(xiàn)局部扭曲，”戴說。“這些局部扭曲不僅隨溫度而變化，而且實際上'知道'超導性。然后，它們的溫度依賴性在最佳超導性下變化，這表明部向列相被抑制時，系統(tǒng)具有向列量子臨界點。

“基本上，它告訴你這個向列順序與超導本身競爭，”他說。“但隨后它表明向列波動也可能有助于超導，因為它會改變最佳摻雜的溫度依賴性。”

能夠操縱最佳摻雜點可以使研究人員更好地設計具有新穎和可預測性質的材料。

“電子向列波動在量子臨界點附近變得非常大，它們受到局部晶體缺陷和雜質的束縛，表現(xiàn)為我們測量的局部扭曲，”Nevidomskyy說，他領導了調查的理論方面。 。“最有趣的方面是，當這種情況發(fā)生時，超導性最強，這表明這些向列波動有助于其形成。”