En son başarı: nikel oksit elektronlarının davranışı ortaya çıkar veya yüksek sıcaklıkta süper iletkenler bulunur
Japonya'daki Fizik ve Kimya Enstitüsü'nden fizikçiler, elektronların nikel oksit malzemelerdeki davranışını hesapladılar, bu da yüksek sıcaklıklı süperiletkenlerin araştırılmasına yardımcı olabilir. Süperiletkenler akımı dirençsiz olarak taşıyabilir ve manyetik alanları ölçmek için güçlü elektromıknatıslar veya hassas aletler yapmak için kullanılır. Geleneksel süperiletkenlik, yalnızca çok düşük sıcaklıklarda meydana gelen bir elektronik eşleştirme biçimine dayanır, bu nedenle süper iletken cihazların pahalı sıvılaştırılmış gazla soğutulması gerekir. Ancak yaklaşık 30 yıl önce araştırmacılar, bazı küprat malzemelerinin nispeten ılık sıcaklıklarda süper iletkenler haline gelebileceğini keşfettiler.
-140 santigrat dereceye kadar, bu yüksek sıcaklık süperiletkenliğinin temel nedeni hala belirsizdir. 2019'da araştırmacılar, stronsiyum katkılı neodim nikel oksidin (Nd0.8Sr0.2NiO2) 258 santigrat derecenin altında süper iletken olabileceğini keşfettiler. Bu keşif, bilim adamlarının dikkatini sıcaklıktan değil, bu nikelat malzemenin kristal yapısının, bu malzemelerin süper iletkenliğinin çalışma prensibini daha iyi anlamak için bir test yatağı olarak kullanılabilecek bakırrata çok benzemesi nedeniyle çekmiştir. Nikelat malzeme dönüşümlü Nd ve NiO2 katmanlarından oluşur.
Japonya'daki Fizik ve Kimya Enstitüsü Acil Malzeme Bilimi Merkezi'nden Yusuke Nomura ve meslektaşları, iki katmandaki belirli elektronlar arasındaki etkileşimin süper iletkenliği nasıl etkilediğini incelediler. Ekibin hesaplamaları, NiO2 katmanındaki elektron etkileşiminin çok güçlü olduğunu gösteriyor; bu, yüksek sıcaklık süper iletkenliğinde anahtar rol oynadığına inanılan CuO2 katmanındaki güçlü korelasyona benzer. Bununla birlikte, nikelat ve bakırrat arasında bir fark vardır: Nikelatta, neodim tabakasındaki elektronlar kısmen işgal edilir ve Fermi cepleri oluşturur. Fermi torbaları, Brillouin bölgesinde Fermi ile çevrili nispeten küçük bir alandır. Bu cepler, kupratlarda görünmeyecektir.
Bu, nikel içeren bu malzemeyi mükemmel bir bakırrat analoğu yapmayabilir. Araştırma ekibi, malzemenin kimyasal bileşimini ayarlayarak ceplerin ortadan kaldırılıp kaldırılamayacağını incelemek için hesaplamalı bir model kullandı, böylece bakır ile daha uyumlu bir nikelat oluşturdu. Gereksinimleri karşılayan iki bileşik bulundu: sodyum neodim oksit (NaNd2NiO4) ve sodyum kalsiyum nikel oksit (NaCa2NiO3). Araştırmacılar şunları söyledi: Eğer nikelatlar sentezlenirse, bunlar küprat süperiletkenlerinin gerçek nikel analogları olacak. Araştırmanın bir sonraki adımı, nikelat ve bakırrat arasındaki farklılıkları ve benzerlikleri daha sistematik bir şekilde göstermek ve bu iki sistemin süperiletken mekanizmasını daha derinlemesine anlamaktır.
(Yukarıdaki resimde gösterildiği gibi) elektronlar, yüksek sıcaklık süperiletkenliği (nikel = gri, oksijen = kırmızı) için bir model olarak kullanılabilen NiO2 nikelat malzeme katmanından geçerken güçlü bir şekilde etkileşime girer. Resim: RIKEN Acil Durum Bilimi Merkezi
Sonsuz nikelat Nd0.8Sr0.2NiO2 katmanındaki süperiletkenliğin deneysel keşfinden esinlenerek, NiO2 katmanıyla ilişkili Ni3dx2 y2 elektronlarının Nd katmanındaki elektronlarla nasıl etkileşime girdiğini inceledik. Araştırma sonuçları, Fermi seviyesine yakın elektronik yapıyı temsil etmek için üç yörüngeye ihtiyaç duyulduğunu göstermektedir: Ni3dx2 y2, Nd5d3z2 R2 ve Nd katmanındaki geçiş orbitallerinden ve Nd5dxy orbitallerinden oluşan bir bağ yörüngesi. Bu durumların üç yörünge modelini kurarak, çalışma Ni3dx2 y2 durumu ile Nd katmanındaki durum arasındaki melezleşmenin çok küçük olduğunu buldu.
Nd tabakasının metal koruma etkisinin çok iyi olmadığı da bulunmuştur, çünkü Hubbard U'yu Ni3dx2 y2 elektronları arasında% 10-% 20 oranında azaltır. Öte yandan, elektro-fonon kuplajı Tc-10K'nin süper iletkenliğini ayarlamak için yeterli değildir. NdNiO_2, neredeyse izole edilmiş bir 3dx2-y2 yörünge sistemine sahiptir. Mott-Hubbard bölgesinde daha ideal bir tek yollu sistem elde etme olasılığı daha fazla araştırıldı. Boşluk durumu ile Nd5dxy durumu arasındaki hibridizasyon küçüldüğünde, Nd katman durumu tarafından oluşturulan Fermi cebi keskin bir şekilde küçülür. Kapsamlı malzeme araştırması sonucunda, Fermi ceplerinin NaNd2NiO4 ve NaCa2NiO3'te neredeyse kaybolduğu bulundu.
Brocade | Araştırma / Gönderen: Japonya Fizik ve Kimya Enstitüsü
Referans dergi "Physical Review B"
DOI: 10.1103 / PhysRevB.100.205138
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim
Takip edin Bokeyuan Daha fazlasını görün Damei Universe Science
