Yalıtım durumu, yüksek sıcaklıkta süper iletkenliğin habercisi midir? Oda sıcaklığında süper iletken malzemeler bulmak teknolojik bir devrimi tetikleyecek
Son yıllarda, bilim adamları, yüksek sıcaklık süperiletkenlerini (yüksek-tc) keşfetmek ve açıklamak için çok sayıda araştırma yaptılar Yüksek sıcaklık süperiletkenleri, yüksek sıcaklıklarda sıfır direnç gösteren bir malzeme sınıfıdır. Şimdi, Amerika Birleşik Devletleri, Almanya ve Japonya'dan bir grup bilim adamı Nature'da, bükülmüş çift katmanlı grafenin elektronik yapısının bu sistemlerdeki yalıtım durumlarının görünümünü nasıl etkilediğini ve yalıtım durumunun, yüksek sıcaklıklı malzemelerin süper iletkenliğinin habercisi olduğunu açıkladı. Oda sıcaklığında süper iletken olabilecek bir malzeme bulmak, teknolojik bir devrimi tetikleyecek ve enerji krizini hafifletecektir (enerjinin çoğu şu anda üretimden kullanıma kadar olan süreçte kaybedilmektedir).
Ve hesaplama performansı tamamen yeni bir seviyeye yükseltildi Ancak, bu sistemlerin anlaşılmasında kaydedilen ilerlemelere rağmen, tam bir teorik açıklama hala anlaşılması zor, bu da oda sıcaklığında süperiletkenlik araştırmasını çoğunlukla rastlantısal hale getiriyor. Önceki büyük bir bilimsel buluşta, bükülmüş çift katmanlı grafen (TBLG), belirli bir yüksek sıcaklıklı süper iletken malzemeye (yüksek sıcaklıklı bakırrat olarak adlandırılan) benzer bir malzeme fazı gösterdi. Daha temiz ve daha kontrol edilebilir deneyler kurmanın yeni bir yolunu temsil ediyor. Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD), Free University of Berlin (her ikisi de Almanya'da), Columbia Üniversitesi
Demir Araştırma Enstitüsü Hesaplamalı Kuantum Fiziği Merkezi ve Japonya Ulusal Malzeme Bilimi Enstitüsü'nden bilim adamları, TBLG'nin yalıtım durumuna odaklandı. Bu malzeme, çok küçük bir açıyla üst üste yığılmış iki atomik kalınlıkta grafen katmanından oluşur. Bu yapıda, yalıtım durumu, yüksek sıcaklıkta süperiletkenlik aşamasından önce gelir.
Bu nedenle, bu aşamanın ve bu aşamaya götüren nedenlerin daha iyi anlaşılması, görev gruplandırmasını kontrol etmek için gereklidir. Bilim adamları, örnekleri incelemek için taramalı tünelleme mikroskobu ve spektroskopi (STM / STS) kullandılar. Bu mikroskobik teknik ile iletken yüzeyler atom atom incelenebilir. Çığır açan "gözyaşı istifleme" yöntemini kullanarak, iki atom kalınlığında grafen tabakası üst üste bindirilir ve hafifçe döndürülür.
Daha sonra araştırma ekibi, bu materyalin atomik ölçekli yapısını ve elektronik özelliklerini, yaklaşık 1.1 ° 'lik "sihirli açı" ya yakın bir şekilde doğrudan haritalandırdı. Nature'da yayınlanan bu bulgular, TBLG'de süperiletkenlik çalışması için yeni ipuçları sağlıyor. Araştırma ekibi, süperiletkenlik durumundan önceki yalıtım durumunun, sistemin elektronlarla dolu olduğu belirli bir seviyede gerçekleştiğini gözlemledi. Bu, bilim insanlarının bu sistemlerdeki elektronlar arasındaki etkileşimlerin gücünü ve doğasını tahmin etmelerini sağlar - bu, tanımlamaya doğru kritik bir adımdır. Sonuçlar, yerel durum yoğunluğunun iki farklı Van Hove tekilliğinin (vHs), 40-57 meV'lik dopinge bağlı ayırmanın sihirli açısının yakınında göründüğünü göstermektedir.
İlk defa, vH'lerin ayrışmasının daha önce düşünülenden çok daha büyük olduğu açıkça gösterildi.Ayrıca, ekip, sistem neredeyse yarı hareli bant dolgusu ile katıldığında, vH'lerin iki tepe noktasına ayrıldığını açıkça gösterdi. Katkılamaya bağlı bu ayrım, ilgili indüklenen boşlukla açıklanır, bu da elektron kaynaklı etkileşimin TBLG'de önemli bir rol oynadığı anlamına gelir. Coulomb etkileşiminin her vH'nin bant genişliğine oranı, sihirli açıyı vH'lerin ayrılmasından daha fazla belirler. Bu, bitişik süper iletken durumların elektron-elektron etkileşiminin işbirlikçi eşleştirme mekanizması tarafından yönlendirildiğini gösterir. Ek olarak, STS sonuçları, süperiletkenlik durumuna yakın bakırda gözlemlenene çok benzer şekilde, belirli bir dereceye kadar elektronik nematisite (alttaki kafesin dönme simetrisinin kendiliğinden yok olması) gösterir.
Bu araştırma sayesinde ekip, yüksek tc kuprat ve TBLG materyallerinin fiziksel eşdeğerliğini kanıtlama yolunda çok önemli bir adım attı. Bu nedenle, bu çalışmada TBLG aracılığıyla edinilen bilgiler, kupratlardaki yüksek sıcaklık süperiletkenliğini daha iyi anlayacak ve bu büyüleyici sistemlerin ayrıntılı çalışma prensiplerini daha iyi analiz etmeye yardımcı olacaktır. Araştırma ekibinin nakliye sırasında süperiletkenlik ve yalıtımın özellikleri üzerine yaptığı araştırma, araştırmacıların teorileri kıyaslamasını ve umarım sonunda TBLG'yi yüksek sıcaklıklı kupratları daha eksiksiz bir şekilde tanımlamak için bir atlama taşı olarak anlamalarını sağlayacaktır. Gelecekte bu, bu ve benzeri sistemlerde süperiletken sıcaklığı artırmanın daha sistematik yollarının yolunu açacaktır.
