(In alto) La figura mostra la trasformazione della struttura della perovskite Nd1-xSrxNiO3 nella struttura a strati infinito Nd1-xSrxNiO2 utilizzando l'idruro di calcio (CaH2). (In basso) La figura mostra l'immagine della microscopia elettronica a trasmissione a scansione di campo oscuro anulare ad alto angolo (HAADF-STEM) e il diagramma di fase dei film di Nd1-xSrxNiO2 a strato infinito su un substrato SrTiO3 cristallino. Si definiscono Tc90%R e Tc10%R la temperatura alla quale la resistività scende rispettivamente al 90% e al 10% del valore a 15 K (l'inizio della superconduttività). L'inserto nell'angolo superiore sinistro del grafico è la vista ingrandita della regione della cupola superconduttiva. TH mostra la temperatura alla quale la maggior parte dei portatori di carica cambia da elettroni a lacune. Credito:lettere di revisione fisica
I fisici del NUS hanno sviluppato un metodo per indurre la transizione di un nichelato di terre rare dalla loro forma nativa di perovskite a strutture a strati infiniti. Ciò ha permesso loro di costruire un diagramma di fase completo di questo superconduttore nichelato.
Un superconduttore è un sistema materiale che può condurre corrente elettrica con resistenza zero quando diventa più freddo di una "temperatura critica, " nota come temperatura di transizione superconduttiva T C . I superconduttori convenzionali di solito hanno un T C inferiore al limite di circa 30 K (268 gradi sotto la temperatura ambiente) previsto in base alla teoria di Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS). Ciò limita l'uso di dispositivi superconduttori nella nostra vita quotidiana. Per decenni, i ricercatori hanno cercato di spingere questo T C superiore sintetizzando nuovi materiali. È anche importante capire il meccanismo fisico. La cosiddetta superconduttività ad alta temperatura nei composti contenenti strati di ossido di rame (noti come cuprati), con T C sopra il limite BCS e successivamente sopra il punto di ebollizione dell'azoto liquido (77 K), fu scoperto alla fine degli anni '80. Da allora il T C è rimasta stagnante e sebbene siano stati ottenuti importanti risultati di ricerca, l'origine e il meccanismo dell'alta T C la superconduttività è ancora un mistero. Una nuova famiglia di superconduttori con una struttura cristallina ed elettronica simile al cuprato è uno dei percorsi nella ricerca di T potenzialmente più alti C materiali e per comprendere il meccanismo sottostante di alta T C superconduttività.
Recentemente, i ricercatori hanno scoperto la presenza di superconduttività nei composti nichelati delle terre rare, un analogo del cuprato. Lo studio di questo analogo cuprato potrebbe potenzialmente portare a una migliore comprensione della superconduttività ad alta temperatura, e la possibilità di prevedere, progettare e sintetizzare T . più alti C superconduttori. Però, è diventato evidente che i superconduttori al nichel sono più difficili da produrre di quanto inizialmente pensato. Nove mesi dopo questa scoperta, un gruppo di ricerca guidato dal Prof ARIANDO del Dipartimento di Fisica, NU, divenne il primo gruppo a riprodurre questo risultato. Ma ancora più importante, hanno sviluppato con successo il diagramma di fase del superconduttore nichelato.
Per realizzare questo, Il gruppo del Prof ARIANDO ha sviluppato una tecnica di riduzione topotattica per trasformare film sottili di nichelato di terre rare (NdNiO 2 ) dalla sua consueta forma cristallina di perovskite a una nuova forma strutturale drogata, note come strutture a strati infiniti. In questo materiale, la superconduttività si verifica quando il composto nichelato viene drogato con impurità di stronzio (Sr) ed esiste nella sua forma strutturale a strati infinito. La tecnica ha permesso al team di ricerca di studiare la superconduttività in funzione del doping. Hanno costruito il diagramma di fase per questo sistema materiale, e trovato la presenza di una regione cupola superconduttiva (dipendente dal drogaggio T C ) e regime debolmente isolante dal lato della cupola (vedi figura).
Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica di deposizione laser pulsata per sintetizzare Nd . nichelato drogato con Sr 1-x Sr X NiO 3 film sottili su titanato di stronzio (SrTiO 3 ) substrati. Il film sottile come cresciuto, insieme a un reagente, idruro di calcio (CaH 2 ), è stato messo in una camera a vuoto per indurre una reazione di riduzione. Durante il processo di riduzione, l'atomo di ossigeno apicale nel NiO 6 ottaedri viene rimosso. Ciò causa la perovskite Nd 1-x Sr X NiO 3 trasformarsi nello strato infinito Nd 1-x Sr X NiO 2 . I ricercatori hanno applicato diversi livelli di concentrazioni di drogante Sr e hanno scoperto che la superconduttività appare nello strato infinito di Nd 1-x Sr X NiO 2 quando la composizione di Sr è compresa tra x =0,135 e 0,235. Questo forma una regione a forma di cupola superconduttiva. Più interessante, hanno scoperto che oltre alla regione superconduttrice, comportamento debolmente isolante può essere osservato a basse temperature. Questo comportamento unico è diverso da altri ad alta T C sistemi materiali come i cuprati.
Il prof Ariando ha detto "Introducendo impurità adeguate al composto isolante originario, il sistema di materiale nichelato può presentare un'elevata T C superconduttività. I nostri risultati possono fornire ulteriori approfondimenti per comprendere meglio le proprietà dipendenti dal doping in questi sistemi di materiali e per cercare altri materiali superconduttori nella "famiglia del nichel".
