Fig.1 La diffusione anelastica risonante dei raggi X rivela plasmoni acustici associati ad atomi di ossigeno in superconduttori cuprati stratificati drogati con lacune. Credito:sorgente luminosa a diamante
La presenza di plasmoni acustici nei superconduttori cuprati di tipo p (hole-doped) è stata ora confermata dal Dr. Ke-Jin Zhou e dal suo team utilizzando RIXS (Resonant Inelastic X-ray Scattering) ad alta risoluzione. alla linea di luce I21 di Diamond Light Source. Questa scoperta descritta nel loro articolo pubblicato di recente in Lettere di revisione fisica apre nuove opportunità per studiare e comprendere queste eccitazioni collettive di carica e il loro ruolo nella superconduttività. Ciò potrebbe rendere possibile la progettazione di superconduttori ad altissima temperatura, che si prestano ad applicazioni pratiche come la trasmissione di energia ad alta efficienza.
I superconduttori cuprati sono una famiglia di composti ceramici in cui i blocchi isolanti sono inseriti tra strati di rame e atomi di ossigeno. Quando drogato con atomi adatti, questi materiali diventano superconduttori, questo è, la resistività elettrica scende a zero al di sotto delle temperature critiche. Gli scienziati si sforzano costantemente di progettare superconduttori che possano funzionare a temperatura ambiente. Però, ciò richiede una comprensione più completa di come si comportano collettivamente le cariche drogate.
Principal Beamline Scientist presso Diamond, e investigatore principale, Il Dr. Ke-Jin Zhou spiega che nel 2018 ricercatori della Stanford University che utilizzano RIXS presso l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), finalmente ha fatto una svolta e ha rilevato plasmoni acustici, un tipo di eccitazioni collettive di carica, in un superconduttore cuprato di tipo n (drogato con elettroni) 1 . A causa della sua sensibilità alla carica, RIXS è lo strumento perfetto per studiare il comportamento di carica collettiva. Offre un quadro molto più completo rispetto (ad esempio) allo scattering anelastico di neutroni, diffusione ottica Raman o spettroscopia di perdita di energia degli elettroni. I ricercatori di Stanford hanno studiato il cuprato drogato con elettroni LCCO (lantanio cerio rame ossido), usando Cu l 3 -RIXS, che si concentra sugli atomi di rame.
Utilizzando RIXS in Diamond, nel 2020, il team ha confermato la presenza di plasmoni acustici nei superconduttori cuprati drogati con lacune di tipo p e che sono principalmente associati agli atomi di ossigeno. "Si tratta di risultati notevoli. Sembra che le eccitazioni collettive di carica abbiano una forte preferenza nello spazio, nonostante il fatto che le cariche associate agli atomi di Cu e O siano fortemente ibridate tra loro. Comprendere questo può aiutarci a chiarire lo stato fondamentale dei superconduttori cuprati, " dice l'autore principale Dr. Abhishek Nag.
Non ci sono molti cuprati di tipo n, e hanno temperature critiche relativamente basse. Ciò significa che offrono opportunità limitate ai ricercatori che desiderano esplorare come questo comportamento collettivo cambia con la temperatura. C'è un numero maggiore di cuprati di tipo p (hole-doped), e generalmente hanno temperature di transizione più elevate. Trovare plasmoni acustici nei cuprati di tipo p chiarisce la loro presenza universale, indipendentemente dal segno delle cariche drogate nei superconduttori cuprati, e anche aprire nuove strade per la ricerca.
Fig. 2. Linea di luce I21 RIXS a Diamond Light Source, UK, la cui nuova capacità di rotazione continua dello spettrometro ha portato a questa scoperta. Credito:sorgente luminosa a diamante
Lo studio non si limita ai cuprati. RIXS potrebbe anche far luce sul comportamento dei plasmoni in altri superconduttori a strati, compresi i ferro-pnictides e i nuovi superconduttori al nichel.
"Lo scopo di questa ricerca è migliorare la nostra comprensione fondamentale del meccanismo attraverso il quale si verifica la superconduttività. Poiché ora sappiamo che i plasmoni acustici sono presenti nei superconduttori cuprati di tipo n e p, e i percorsi specifici per studiarli in ogni tipologia, possiamo concentrarci sullo scoprire se svolgono un ruolo nella superconduttività. Questo potrebbe, a sua volta, consentono di progettare superconduttori ad altissima temperatura, che si prestano ad applicazioni pratiche come la trasmissione di energia ad alta efficienza, " aggiunge il dottor Ke-Jin Zhou.
Il team afferma che il lavoro riportato segna solo l'inizio della ricerca sui plasmoni nei superconduttori. Hanno in programma di continuare a utilizzare RIXS per esplorare i plasmoni acustici nei superconduttori cuprati, indagando su diversi materiali, e diversi livelli di doping, a una gamma di temperature al di sopra e al di sotto della temperatura critica.
Lo studio descrive in dettaglio come hanno dimostrato l'esistenza di plasmoni acustici a bassa frequenza fortemente disperdenti in un vasto O K -Studio RIXS di due materiali cuprati di tipo p rappresentativi:La 1.84 Sr 0.16 CuO 4 (LSCO) e Bi 2 Sr 1.6 La 0,4 CuO 6+δ (Bi2201). I loro risultati mostrano che la natura dei plasmoni acustici è simile tra cuprati con diversi tipi di cariche drogate.
L'articolo intitolato "La natura delle eccitazioni plasmoniche nei superconduttori cuprati drogati con fori" è pubblicato in Lettere di revisione fisica .
