Наука

Newswise — В медьсодержащих материалах, называемых купратами, сверхпроводимость конкурирует с двумя свойствами, называемыми магнитным спином и порядком волны плотности электрического заряда (ВЗП). Эти свойства раскрывают различные части электронов в сверхпроводнике. Каждый электрон обладает спином и зарядом. В обычном металле спины компенсируют друг друга, и электрические заряды однородны по всему материалу. Однако сильные электрон-электронные взаимодействия в высокотемпературных сверхпроводниках, таких как купраты, приводят к появлению других возможных состояний. В этом исследовании изучались материалы, в которых сильное магнитное взаимодействие приводит к упорядочению спинов некоторых электронов вдоль полос. Это происходит, когда волны спиновой плотности (SDW) и CDW соединяются вместе, образуя стабильное дальнодействующее «полосовое состояние», в котором пики и впадины двух волн совпадают. Это состояние усиливает стабильность SDW и CDW. Это полосовое состояние конкурирует со сверхпроводящей фазой и прерывает ее. Однако теперь исследователи обнаружили, что ВЗП ближнего действия может быть совместима со сверхпроводимостью в купратных материалах, а не конкурировать с ней. Этот вывод противоречит общепринятым научным представлениям.

Влияние

В ходе исследования изучалась роль ВЗП ближнего действия, а также полос ВЗП и СДВ большого радиуса действия в сверхпроводимости. Он нашел сложный ответ. Как и ожидалось, ВЗП ближнего действия конкурирует с полосками дальнего действия за подавление сверхпроводимости. Неожиданно ВЗП также сосуществует со сверхпроводимостью ближнего действия и усиливается за счет нее. Исследование также выявило возможность того, что ближний зарядовый порядок может способствовать образованию и движению вихрей в сверхпроводящей фазе. Это означает, что исследователи смогут стабилизировать сверхпроводимость при более высоких температурах и магнитных полях, контролируя или улучшая ближний зарядовый порядок. Результаты также дают важное представление о разработке единого квантового описания сверхпроводимости в купратах.

Краткое содержание

С момента открытия полосового порядка спинового заряда в высокотемпературных купратных сверхпроводниках исследователи не достигли понимания того, как волновые порядки спинового заряда и зарядовой плотности взаимодействуют со сверхпроводимостью. Недавно исследователи обнаружили, что корреляции ВЗП ближнего действия совместимы со сверхпроводимостью в купратных сверхпроводниках, а не обязательно конкурируют, как это принято считать. Исследование проводилось с использованием рентгеновских измерений в ранее неизведанном режиме сильного магнитного поля купрата La._1,885старший_0,115CuO₄.

Порядок ВЗП состоит из двух компонент, имеющих четкую зависимость от магнитного поля и температуры. Образец спонтанно разделяется на сверхпроводящие и, альтернативно, упорядоченные области полос спинового заряда, что проясняет, как сосуществуют дальний спиновой порядок и объемная сверхпроводимость. Еще интереснее то, что статическое вихревое состояние, наблюдаемое в слабых полях, можно превратить в жидкое вихревое состояние в сильных полях от 12 до 24 Тесла. В этих полях дальнодействующая сверхпроводящая фаза подавляется полевыми подвижными вихрями. Удивительно, но внезапное увеличение интенсивности ВЗП соизмеримо с полем плавления вихря — полем, намного меньшим, чем верхнее критическое поле, которое тушит сверхпроводимость. Это исследование подтверждает сценарий фазового разупорядочения сверхпроводящего перехода, мотивирующий единое квантовое описание волн плотности и сверхпроводимости в купратных сверхпроводниках.

Финансирование

Эта работа поддерживается Отделом науки, фундаментальных энергетических наук, материаловедения и инженерии Министерства энергетики (DOE). Рентгеновские исследования ЛСЭ проводились на источнике когерентного света линейного ускорителя, в управлении SLAC и в пользовательском центре Управления науки Министерства энергетики США. Измерения характеристик мягкого рентгеновского излучения проводились на Стэнфордском источнике синхротронного излучения в Национальной ускорительной лаборатории SLAC при поддержке Управления науки Министерства энергетики США и Управления фундаментальных энергетических наук. Отдельные исследователи получили поддержку в виде грантов на научные исследования, Международного центра сотрудничества-Института исследования материалов и программы MD, гранта Национального исследовательского фонда, финансируемого правительством Кореи. Часть этой работы была выполнена в Стэнфордском комплексе совместного использования нанотехнологий при поддержке Национального научного фонда.