İlerleme | Bakır bazlı süper iletkenlerde safsızlıkların neden olduğu nano ölçekli yerel kafes suşunun kantitatif karakterizasyonu
Güçlü korelasyon özelliklerine sahip birçok geçiş metal oksidi, eşit olmayan yük dağılımı sergiler. Taramalı tünelleme mikroskobunun (STM) ultra yüksek uzaysal çözünürlüğünü kullanan insanlar, farklı bakır bazlı süper iletken sistemlerde nanometre ölçeğindeki sahte enerji boşluğunun ve süper iletken enerji boşluğunun uzaysal homojenliğini keşfettiler. Teoride, taşıyıcıların bir Mott yalıtkanına dahil edilmesi, kendiliğinden yüklerin faz ayrılmasına yol açacaktır, ancak deneysel olarak, nanometre ölçeğindeki yük dağılımının eşitsizliğinin, safsızlık iyonlarının uzamsal dağılımı ile ilişkili olduğu bulundu. Katkılanan iyonlar sadece bakır oksit tabakasına taşıyıcı bağışlamakla kalmaz, aynı zamanda doğal olarak yerel elektronik yapıyı bozar. Genel olarak konuşursak, bu tür rahatsızlıklar üç şekilde olabilir: yerel kimyasal potansiyel değişiklikler, ilkel hücrede atomik konum değişiklikleri ve buna eşlik eden nano ölçekli kafes suşu.
X-ışını dağınık saçılma deneysel yöntemlerini kullanarak, PhD öğrencisi Lin Jiaqi ve Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü / Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği Araştırma Merkezi EX7 grubunda yer alan araştırma görevlisi Liu Xuerong, nano ölçekte bozucu formlardan biri olan kafes geriliminin kantitatif karakterizasyonunu gerçekleştirdi. Kristaldeki atomların konumu, termal bozulma veya safsızlıkların neden olduğu stres alanı tarafından bozulduğunda ve orijinal periyodik konumundan saptığında, termal dağınık saçılma (TDS) ve sarı dağınık saçılma (HDS) olarak adlandırılan X-ışını dağınık saçılması meydana gelecektir. X-ışını saçılma deneyinde, kristalin Bragg tepesinin yakınında bir kuyruk gözlemlenebilir.
La2-xSrxCuO4 (LSCO), x = 0.08 örneklerini seçtiler ve 7K sıcaklıkta (Şekil 1) Bragg zirvesi (00 22) ve (20 22) yakınında dağınık saçılma yoğunluğunu ölçtüler. X-ışını izointensite haritasında görülen belirgin zirveler ve vadilerle dağınık saçılma modeli, HDS'nin bir özelliğidir, TDS izointensite haritası ise daireye daha yakın olacaktır. HDS'yi nicel olarak tanımlamak için, sürekli elastik yaklaşım benimsenir, ilkel hücredeki atomların detayları göz ardı edilir ve ilkel hücre suşu, ilkel hücrenin merkezinin hareketi olarak kabul edilir. Şu anda, belirli bir Bragg tepe noktasına yakın q'da, HDS yoğunluğu 1 / qv, v = 2 ile orantılıdır. Bununla birlikte, TDS'nin yoğunluğu sadece akustik dal fononlarının yaklaştırılmasını, sıcaklıkla değişimini, v yüksek sıcaklıkta 2'ye yakın ve düşük sıcaklıkta 1'e yakın olduğunu dikkate alır. Yaygın saçılma yoğunluğunu (Şekil 2) uydurarak, düşük q, v = 1.9'da HDS baskındır ve yüksek q'da v, 1'e yaklaşmaya başlar ve bu anda TDS baskındır. Yaygın saçılma yoğunluğunun q'ya bağımlılığı, sürekli elastik yaklaşıma uygundur. Şekil 3'teki sıcaklığa bağlı reaksiyonun sıcaklığa bağlı HDS özellikleri (tepe-vadi-tepe), sıcaklığın artmasıyla kademeli olarak kaybolur; bu, yüksek sıcaklık kafesinin artmasına bağlı olabilir, bu da yerel stresin salınmasına yol açar.
Son olarak, safsızlık atomu etrafındaki orijinal hücrenin suşunu yeniden oluşturdular (merkez sapması, Şekil 4) ve en büyük sapmanın, safsızlık atomunun yaklaşık 1 nm civarında bulunan 0.001 angstrom düzeyinde olduğunu buldular. Büyüklük sırası. Hidrostatik basınç ve tek eksenli basınç deneyleri, LSCO'nun Tc'sinin ~ 1K / Gpa basınçla kontrol edilebileceğini kanıtlamıştır. Dahası, LSCO'nun doğrusal sıkıştırılabilirliğinin ölçülmesiyle, 0.01 angstrom'luk hücre boyutundaki bir değişikliğin, 1 Gpa'lık bir lokal gerilime karşılık geldiği bilinebilir. Bu nedenle, X difüze saçılma deneyinde gözlemlenen 0.001 angstromun yerel suşu çok küçüktür ve bu, STM tarafından görülen önemli yerel yük dağılımı eşitsizliğini açıklayamaz.
Bu makale 11 Mayıs 2018'de Physics Review Letter'da (Phys. Rev. Lett. 120,197001) yayınlandı. Deney, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda tamamlandı ve Bilim ve Teknoloji Bakanlığı (2015CB921300, 2016YFA0401000), Çin Bilimler Akademisi (XDB07020200) ve ABD Enerji İdaresi (DE-SC0003678) tarafından finanse edildi.
Makale bağlantısı: https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.197001
.
Şekil 1: (00 22) ve (20 22) Bragg tepesine yakın dağınık saçılma modelleri. a-c: deneysel veriler, d-f: TDS ve HDS dikkate alınarak hesaplanan dağınık saçılma modeli ve parametreler fitting sonuçlarından çıkarılmıştır. Ölçülen sıcaklık 7K'dır.
Şekil 2: (a): (00 22) Şekil 1a ve b'deki tepe diyagonal tanjant. Düz çizgi 1 / q1.9 ile orantılıdır. (B-e) tepeye yakın teğet çizgidir (00 22). Siyah düz çizgi genel uygulama sonucudur ve kırmızı kesik çizgi TDS katkısıdır.
Şekil 3: Sıcaklık H'ye bağlıdır, K tarama yapar (00 22.15) Düşük sıcaklık H boyunca ve K'nin yoğunluğu çok farklıdır. Yüksek sıcaklıkta (T = 250K), ikisinin yoğunluk oranı 1'e yakındır. LSCO, 280K'da HTT-değerine sahiptir. LTO'nun faz değişimi.
Şekil 4: Yeniden yapılandırılmış gerinim modeli ab düzleminde (üst yarı), bc düzleminde (alt yarı) ve kirlilik atomları yer almaktadır. R birimi tek bir ilkel hücredir. Ua, b ve c, U (R) suş vektörünün bileşenleridir.
Editör: Lixy
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
