Конкурирующие состояния в высокотемпературных сверхпроводниках. Высокотемпературные сверхпроводники могут переносить электрическую энергию без сопротивления. Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) выполнили неупругое рассеяние рентгеновских лучей с высоким разрешением и обнаружили, что высокое одноосное давление индуцирует дальний порядок заряда, конкурирующий со сверхпроводимостью. Их исследование открывает новое понимание поведения коррелированных электронов. Исследование опубликовано в журнале Science.

Чтобы приложить контролируемое давление к своему микроскопическому сверхпроводящему образцу (графика), исследователи используют чувствительные кронштейны с приводами, основанными на пьезоэлектрическом эффекте. Фото: KIT

Сверхпроводники переносят ток без потерь, но только ниже определенной критической температуры. Обычные сверхпроводники должны быть охлаждены почти до абсолютного нуля, и даже так называемые высокотемпературные сверхпроводники требуют температуры около -200 градусов Цельсия для передачи тока без сопротивления. Несмотря на это, сверхпроводники уже широко используются. Для разработки сверхпроводников, которые работают при еще более высоких температурах – возможно, до комнатной температуры – и, следовательно, вносят существенный вклад в эффективную подачу энергии, необходимо понимать электронные состояния и процессы, участвующие в образовании сверхпроводящего конденсата, на фундаментальном уровне.

Исследователи во главе с профессором Матье Ле Таконом, директором Института физики твердого тела (IFP) в KIT, в настоящее время сделали значительный шаг вперед. Они показали, что высокое одноосное давление может быть использовано для настройки конкурирующих состояний в высокотемпературном сверхпроводнике. Используя неупругое рентгеновское рассеяние высокого разрешения, ученые исследовали высокотемпературный купратный сверхпроводник YBa2Cu3O6.67. В этом сложном соединении атомы меди и кислорода образуют двумерные структуры. Изменение концентрации носителей заряда в этих плоскостях приводит к появлению множества электронных фаз, включая сверхпроводимость и порядки заряда.

В зарядово упорядоченном состоянии электроны «кристаллизуются» в полосчатые наноструктуры. Это электронное состояние обычно наблюдается в этих материалах, когда сверхпроводимость подавляется с помощью очень больших магнитных полей, что затрудняет исследование с использованием обычных спектроскопических инструментов.

Индуцирование этого состояния в YBa2Cu3O6.67 с использованием одноосного давления вместо магнитных полей позволило исследователям изучить его связь со сверхпроводимостью с помощью рассеяния рентгеновских лучей. Они выявили сильные аномалии решеточного возбуждения, связанные с формированием порядка заряда. «Наши результаты дают новое представление о поведении электронов в коррелированных электронных материалах и механизмах, приводящих к высокотемпературной сверхпроводимости», – говорит профессор Матье Ле Такон из KIT. «Они также показывают, что одноосное давление потенциально может контролировать порядок электронов в таких материалах».

По материалам phys.org