g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

İlerleme | Çift katmanlı demir bazlı süper iletkenlerde tek-çift modüle edilmiş spin rezonans modları

Süperiletkenliğin mikroskobik doğası, malzemedeki elektronların eşleştirilmiş (Cooper çiftleri) olması ve makroskopik bir kuantum yoğunlaştırılmış hal oluşturmak için uyumlu olmasıdır. Geleneksel metal alaşımlı süper iletkenler için, elektron eşleştirme mekanizması, elektron ve kristal kafes arasındaki Coulomb etkileşiminden kaynaklanan elektron-fonon birleştirme etkisidir. Ancak geleneksel olmayan süperiletkenler için, özellikle yüksek sıcaklık süperiletkenleri için, ebeveynleri uzun menzilli bir antiferromanyetik diziye sahip olduğundan, spin etkileşimi göz ardı edilemez ve elektron eşleştirme mekanizmasının değişim antiferromanyetik dalgalanmalarından kaynaklanması daha olasıdır. En doğrudan kanıt, nötron spin rezonansının varlığıdır: spin flip etkisi, süperiletken Cooper çiftinin elektron deliği çiftlerinin toplu bir uyarma modu oluşturmasına neden olur ve süperiletken durumdaki belirli bir enerjinin yakınındaki manyetik uyarma sinyali hızla artacaktır. . Hemen hemen tüm yüksek sıcaklık süperiletkenleri ve hatta bazı ağır fermiyon süperiletkenleri spin rezonans fenomenine sahiptir ve rezonans enerjisi kabaca kritik sıcaklıkla orantılıdır. Bu nedenle nötron spin rezonansı, spin tanımlaması olan geleneksel olmayan süperiletkenlerin "manyetik parmak izi" olarak tanımlanabilir. Dalgalanan süperiletken eşleştirme mekanizması için en iyi kanıt.

Bakır bazlı yüksek sıcaklık süperiletkenleri için süperiletkenlik tek bir Fermi yüzeyinin yakınında oluşur, Cooper çifti bir spin singlet'tir ve karşılık gelen süperiletken enerji boşluğu işareti değişen bir d dalgasıdır. Bu nedenle, bakır bazlı bir süperiletkendeki spin rezonansı, Cooper'ın tek bir spin durumundan bir üçlü duruma (Spin-1) uyarılmasıdır.Aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır: rezonans enerjisi süperiletken enerji aralığının iki katından azdır ve rezonans gücü spin uzayındadır. İzotropik, rezonans tepe genişliği enerji çözünürlüğü aralığı içindedir. Özellikle tek katmanlı ve çift katmanlı yapılara sahip bakır esaslı süperiletkenler için kritik sıcaklık büyük ölçüde artar Bunun nedeni, çift katmanlı yapının Cu-O düzlemleri arasındaki manyetik bağlantıyı iyi koruyabilmesi ve c yönündeki öteleme simetrisinin kırılmasıdır. Bu nedenle, çift katmanlı bakır bazlı süperiletkendeki spin rezonans modu, momentum alanı-tek modda ve çift modda iki modülasyon modu oluşturacak ve katman aralığı ile sırasıyla bir sinüs kare veya kosinüs-kare modülasyon ilişkisi oluşturacaktır. Çift mod rezonans enerjisi yüksektir ancak süper iletken enerji aralığının iki katından daha düşük olmalıdır Tek mod ve çift mod arasındaki enerji farkı, yüzeyler arasındaki manyetik bağlantının gücü ile belirlenir. Bu tek-çift modüle edilmiş spin rezonans modu, spin dalgalanmalarının süperiletken eşleşmeyi teşvik ettiğinin kesin kanıtlarından biri olarak kabul edilir.

Demir bazlı süperiletkenlerde teorik olarak süperiletkenliğin birden fazla Fermi yüzeyi arasındaki iç içe geçme etkisinden geldiğine inanılmaktadır Farklı Fermi yüzeylerinde zıt enerji boşluğu işaretli s ± dalgaları ve Cooper çiftlerinin her ikisi de spin singlettir. Bu nedenle, prensip olarak, spin rezonans modu iç içe geçmiş dalga vektörünün yakınında gözlemlenebilir ve bu daha sonra birçok deneyle onaylanmıştır. Ancak çok kafa karıştırıcı olan şey, demir bazlı süper iletkendeki spin rezonans modunun bakır bazlı yüksek sıcaklık süperiletkeninden oldukça farklı görünmesi ve s ± dalgasının teorik tahmininden büyük bir tutarsızlık olması.Örneğin, enerji yayılımı, Çözünürlük, momentum uzayında belirgin üç boyutlu özellikler ve hatta ciddi dağılım vardır Dönme uzayında, yörünge etkisi kısmi anizotropiye neden olur.Bazı örneklerdeki rezonans enerjisi süperiletken enerji boşluğunun iki katını aşıyor gibi görünüyor ve hatta bazı örnekler var. Çift rezonans modu. Buna ek olarak, demir bazlı süperiletken spin rezonansında garip ve hatta modüle edilmiş modların bir arada bulunması keşfedilmemiştir ve bakır bazlı süperiletkenlikten farklı bir mikroskobik kökene sahip olabileceğinden şüphelenilmektedir.

Son zamanlarda, Xie Tao ve Luo Huiqian, Süperiletkenlik Devlet Anahtar Laboratuvarı SC8 Araştırma Grubu, Fizik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi / Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği Araştırma Merkezi, vb. 112 yapılı yeni bir demir bazlı süperiletkenin dönüş artışını incelemek için ilk kez esnek olmayan nötron saçılımını kullandılar. Ve spin rezonans modunu başarıyla keşfetti. Spin rezonans enerjisinin kritik sıcaklık ile doğrusal ölçek ilişkisini sağladığını ve spin rezonansının kuvvetinin doğrudan Fermi yüzey yapısıyla ilişkili olmadığını doğruladılar Gözlenen spin rezonansı, spin-yörünge kuplajı zayıf olduğunda tamamen uzamsal olarak izotropiktir. Aynı cinsiyet, Spin-1 toplu olarak uyarılmış mod görüntüleriyle tutarlıdır (Tao Xie ve diğerleri, Phys. Rev. Lett. 120, 137001 (2018)). Ayrıca, başka bir yeni tip demir bazlı süperiletken sistem-1144 tipi malzeme CaKFe4As4'ün ilk esnek olmayan nötron saçılma deneyini gerçekleştirdiler ve farklı enerji zirvelerine karşılık gelen üçlü spin rezonans modları buldular ve bunların tek ve çift modülasyon modlarına, rezonansa sahip olduklarını ortaya çıkardılar. Enerji, süper iletken enerji boşluğuyla orantılıdır.

CaKFe4As4 malzemesi ilk gerçek çift katmanlı demir bazlı süper iletkendir.CaFe2As2 ve KFe2As2'nin serpiştirilmiş yığınından türetilmiştir.Ca ve K iyonlarının yarıçapındaki farklılık nedeniyle, c yönündeki öteleme simetrisi doğal olarak bozulur, böylece oluşur Fe-Çift katmanlı yapı olarak, Ca'ya yakın iki Fe-As katmanı, CaFe2As2'deki güçlü arayüzey manyetik kuplajı koruyacaktır (Şekil 1 (a)). CaKFe4As4, dört set yarı-iki boyutlu Fermi yüzeyine sahiptir ve üç farklı süperiletken enerji boşluğu kombinasyonuna karşılık gelen üç delikli cep ve bir elektron cebi arasında üç farklı istifleme yöntemi vardır (Şekil 1 (b)). Dahası, malzeme 35 K süper iletkenliğe sahip olmak için yapay taşıyıcı katkılama gerektirmez. Numune saflığı ve süper iletkenliği son derece yüksektir, gereksiz uzun menzilli manyetik düzeni ve katkılama safsızlıklarını etkili bir şekilde önler. girişim. Tıpkı bunun gibi, esnek olmayan nötron saçılma deneyi, üç farklı spin rezonans zirvesini başarıyla gözlemledi.Bu üçlü spin rezonans modları, üç Fermi yüzeyinin yuvalanması altındaki üç süper iletken çift kanala karşılık gelir (Şekil 2). Ayrıntılı ölçüm ve analizler, düşük enerjili iki rezonans modunun sinüs kare modülasyonlu uzamsal olarak tek modlar olduğunu ve daha yüksek enerjili diğer rezonans modunun kosinüs-kare modülasyonlu uzamsal olarak eşit modlar olduğunu göstermektedir (Şekil 3). Tek mod veya çift moddan bağımsız olarak, rezonans enerjisi, iç içe geçmiş iki Fermi ceplerindeki enerji boşluğunun mutlak değerinin toplamından daha düşüktür Rezonans enerjisi, enerji boşluğuyla doğrusal olarak orantılıdır, ancak rezonans tepe yoğunluğu, enerji boşluğuyla doğrusal olarak ters orantılıdır. Bu nedenle, süperiletken enerji boşluğunun kullanılması, spin rezonans enerjisini daha iyi ölçeklendirebilir ve bakır bazlı süperiletkenler ve ağır fermiyon süperiletkenler için de aynı şekilde uygulanabilir (Şekil 4). Bu sonuçlar, teorik tahminlerle tutarsız olan önceden gözlemlenen çeşitli fenomenlerin, çok bantlı süperiletkenlik etkisinin ve bunların tek-çift modülasyon davranışının neden olduğu farklı yoğunluklara sahip çoklu rezonans modlarından gelebileceğini göstermektedir. Bu nedenle, demir bazlı ve bakır bazlı yüksek sıcaklıklı süperiletken ailelerde spin rezonans fenomeni esasen aynıdır, yani süperiletken durumda spin-1'in kolektif uyarılmış durumu ve tek ve çift modülasyon modları olabilir ve her ikisi de spin'dir. Dalgalanmalardan kaynaklanan süper iletken eşleştirme mekanizması. Bu araştırma sonucu, yüksek sıcaklık süperiletkenliğinin mikroskobik mekanizmasını anlamak için çok önemli bir aydınlanmaya sahiptir ve 29 Haziran 2018'de Physical Review Letters'da (Phys. Rev. Lett. 120, 267003 (2018)) yayınlandı.

SC8 araştırma grubundan yardımcı araştırmacı Luo Huiqian, yukarıda belirtilen araştırma çalışmasından sorumludur. Asıl çalışma, doktora öğrencisi Xie Tao tarafından yapılmıştır. SC8 grubunun doktora öğrencileri Gong Dongliang, Wei Yuan ve Li Shiliang, makalenin ana işbirlikçileridir. Araştırmacı Hu Jiangping ile teorik olarak yakın işbirliği içindedirler. Nötron saçılım deneyi, esas olarak İsviçre'deki Paul Scherer Enstitüsü'nün SINQ nötron kaynağında ve Japonya'nın J-PARC spallasyon nötron kaynağında yapıldı. Araştırma çalışması, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı, Çin Bilimler Akademisi B Sınıfı Lideri ve Çin Bilimler Akademisi Gençleri Teşvik Derneği tarafından desteklenmiştir.