Cella di deformazione utilizzata per allungare il cristallo durante la misurazione della resistività elettrica in situ per sondare l'ordine nematico elettronico in funzione della deformazione, temperatura, campo magnetico e composizione chimica. Credito:Eckberg et al.
superconduttori ad alta temperatura, materiali che diventano superconduttori a temperature insolitamente elevate, sono componenti chiave di una varietà di strumenti tecnologici, comprese le macchine per la risonanza magnetica e gli acceleratori di particelle. Recentemente, i fisici hanno osservato che le due famiglie di superconduttori noti ad alta temperatura - composti a base di rame e ferro - mostrano entrambe un fenomeno unico in cui i gradi di libertà elettronici possono rompere la simmetria rotazionale complessiva del cristallo e formare quella che è nota come fase nematica elettronica .
Simile alla fase a cristalli liquidi, la rottura spontanea delle simmetrie da parte degli elettroni è comprensibile, tranne per il fatto che gli elettroni non sono molecole con forme irregolari. Inoltre, gli elettroni tendono ad essere coinvolti in altre proprietà come il magnetismo, quindi comprendere il ruolo della "nematicità" può essere piuttosto impegnativo, poiché si trova spesso in coesistenza con altri ordini come il magnetismo.
Fisici dell'Università del Maryland e dell'Università dell'Illinois-Urbana Champaign, in collaborazione con teorici dell'Università del Minnesota, hanno recentemente condotto uno studio volto a comprendere meglio la fase nematica elettronica in diversi superconduttori ad alta temperatura. La loro carta, pubblicato in Fisica della natura , si basa su idee e osservazioni raccolte in diversi anni di ricerca.
Lo stesso team di ricercatori ha iniziato a studiare i superconduttori a base di ferro circa 10 anni fa. Da allora hanno pubblicato numerosi articoli incentrati specificamente sulla fase nematica elettronica.
"Alcuni superconduttori di ferro con la stessa disposizione della struttura cristallina di Ba 1- X Sr X Ni 2 Come 2 sono noti per "collassare" a basse temperature, "Dott. Johnpierre Paglione, il ricercatore capo dello studio, ha detto a Phys.org. "Incuriosito da questa osservazione, abbiamo iniziato a cercare lo stesso effetto di collasso nel sistema a base di nichel studiando la sua struttura cristallina a basse temperature. Mentre fai questo, abbiamo scoperto che avviene una transizione di fase completamente diversa, chiamato ordine di addebito."
Nel loro recente studio, i ricercatori si sono proposti di determinare se l'ordine di carica che avevano precedentemente osservato nei superconduttori a base di nichel fosse accompagnato anche dalla fase nematica. Hanno studiato in modo specifico il materiale Ba 1- X Sr X Ni 2 Come 2 , che ha una struttura simile a quella dei superconduttori a base di ferro.
Configurazione dell'elastoresistività:due cristalli identici montati su un dispositivo piezoelettrico che allunga ciascuno di essi durante la misurazione della resistività. Nell'esperimento condotto dai ricercatori, la deformazione viene applicata sia parallelamente che perpendicolarmente alla misura elettrica e il confronto dei due permette di estrarre la risposta nematica (normalmente zero nei metalli comuni). Credito:Eckberg et al.
"Sapevamo che in entrambi i composti 'membri finali' BaNi 2 Come 2 e SrNi 2 Come 2 , la superconduttività esiste a temperature molto basse (inferiori a 1 Kelvin) e siamo rimasti molto incuriositi dal fatto che apparisse di carattere molto simile in entrambi i sistemi, anche se BaNi 2 Come 2 sta accadendo tutta questa folle fisica e SrNi 2 Come 2 è fondamentalmente un limone, " Spiegò Paglione. "Ci mettemmo così a fare le leghe dei due, mescolando bario e stronzio in modo sistematico per andare da un capo all'altro in modo continuo."
interessante, Paglione e i suoi colleghi hanno osservato che quando le loro leghe erano da qualche parte tra i composti di bario e stronzio (a circa il 70% di Sr) il loro ordine di carica veniva completamente ucciso (cioè, soppresso alla temperatura zero assoluto), mentre le loro firme di fluttuazione nematica sono rimaste forti. Hanno anche scoperto che al culmine di queste fluttuazioni la superconduttività del materiale era amplificata di un fattore sei (cioè, la temperatura di transizione è stata aumentata da 0,6 K a 3,5 K).
Questa osservazione è difficile da spiegare usando le teorie convenzionali e della superconduttività e altri approcci. Hanno quindi concluso che deve essere il risultato di fluttuazioni nematiche.
"Il nostro studio ha importanti implicazioni, perché conosciamo la manopola di sintonia per farlo, e non c'è nessun fastidioso magnetismo a complicare l'interpretazione teorica, quindi la nostra interpretazione fornisce un percorso verso la messa a punto dei materiali per ottenere la superconduttività ad alta temperatura, " disse il dottor Paglione.
Globale, Paglione ei suoi colleghi hanno osservato una relazione diretta tra accoppiamento potenziato e fluttuazioni nematiche nel sistema modello che hanno esaminato. Nel futuro, l'intuizione raccolta nel loro studio potrebbe informare studi futuri che indagano sul ruolo della nematicità nel rafforzamento della superconduttività.
"Attualmente ci stiamo concentrando sulla zona calda intorno al 70% di Sr per vedere quanto bene possiamo mettere a punto le cose usando altre manopole in laboratorio, come pressione e tensione, " Ha detto il dottor Paglione. "Allo stesso tempo stiamo cercando altri materiali che mostrano proprietà simili e quindi possono essere sintonizzati artificialmente per diventare anche superconduttori, speriamo vicino alla temperatura ambiente."
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