Più di un decennio fa, i ricercatori hanno scoperto che quando hanno aggiunto boro alla struttura del carbonio del diamante, la combinazione era superconduttiva. Da allora, crescente interesse è stato generato nella comprensione di queste proprietà superconduttive.
Con questo interesse, un gruppo di ricerca in India si è concentrato su una risonanza di Fano in un diamante fortemente drogato con boro (BDD) che coinvolge il modo vibrazionale del diamante. I ricercatori, dell'Indian Institute of Technology Madras, riferire i loro risultati questa settimana in Lettere di fisica applicata .
Nel sondare le proprietà vibrazionali dei film BDD, i ricercatori hanno utilizzato lo scattering Raman e hanno presentato un'analisi completa dell'effetto Fano in funzione della concentrazione di boro e della frequenza di eccitazione utilizzata nella misurazione Raman.
Effetto Fano
La risonanza di Fano in un diamante può essere vista nello scattering Raman, che è una diffusione risonante della luce che coinvolge un fotone incidente che interagisce con un modo vibrazionale del diamante e nel processo spostando l'energia del fotone, e quindi la sua frequenza, su o giù per l'energia del modo vibrazionale. Interferenza tra la dispersione da una transizione discreta come la modalità vibrazionale del centro della zona nel diamante, e che da uno sfondo continuo risultante dalla banda di impurità indotta dal boro, produce un segnale di forma asimmetrica noto come risonanza di Fano.
"La parametrizzazione di Fano è un nostro esperimento ben congegnato per comprendere la natura dell'evoluzione della banda di impurità con il drogaggio del boro che porta alla superconduttività nel diamante, " disse Ramachandra Rao, un coautore del documento. "Il nostro obiettivo era quello di ottenere una comprensione più profonda dell'interazione della luce con la banda di impurità variando le concentrazioni di boro nei film di diamante e anche utilizzando varie eccitazioni laser".
"Un aumento delle concentrazioni di boro aumenta la larghezza di banda dell'impurezza, " disse Dinesh Kumar, il primo autore dell'articolo. "La risonanza di Fano è sensibile alla modifica della larghezza di banda dell'impurità causata dall'aumento della concentrazione di boro nel BDD".
Il gruppo ha osservato da vicino l'interazione, studiare sistematicamente campioni fortemente drogati nei regimi semiconduttore e superconduttore utilizzando lunghezze d'onda ultraviolette e visibili delle sorgenti di eccitazione laser per la misurazione Raman.
La forma asimmetrica della linea di Fano ha rivelato che lo sfasamento nel diamante subisce un notevole cambiamento che può essere regolato sia dalla larghezza di banda delle impurità che dalla frequenza di dispersione.
Raggiungere una temperatura più alta
I ricercatori volevano anche comprendere meglio la relazione tra il doping e la superconduttività per imparare come aumentare la temperatura di transizione del superconduttore nel BDD.
I superconduttori non offrono alcuna resistenza elettrica al flusso di corrente. Per raggiungere questo stato, però, i materiali devono essere tipicamente a temperature estremamente fredde, vicino allo zero assoluto. Negli ultimi 10 anni la temperatura di transizione del superconduttore nel diamante è aumentata ed è ora vicina ai 10 kelvin (o circa -263 gradi Celsius). Questo è molto inferiore al valore teoricamente previsto di 55 K.
Mentre 55 K è ancora troppo basso per applicazioni pratiche, capire perché la temperatura di transizione di BDD è così al di sotto del limite teorico può fornire approfondimenti su come migliorare le temperature di transizione di altri superconduttori. L'aumento della temperatura in BDD rimane un problema nel processo di doping, durante i quali i ricercatori danneggiano inavvertitamente la struttura del reticolo del diamante.
"A causa del pesante doping di boro, il reticolo del diamante subisce una complessa trasformazione con conseguente aumento del disordine del sistema, che è dannoso per le proprietà superconduttive. Abbiamo esplorato a lungo questo problema regolando la concentrazione di boro nel presente studio, " ha detto Rao.
