I superconduttori non convenzionali contengono una serie di fasi esotiche della materia che si pensa svolgano un ruolo, per il meglio o il peggio, nella loro capacità di condurre elettricità con un'efficienza del 100% a temperature molto più elevate di quanto gli scienziati avessero ritenuto possibile, sebbene ancora molto al di sotto delle temperature che avrebbero consentito il loro ampio dispiegamento in linee elettriche perfettamente efficienti, treni Maglev e così via.

Ora gli scienziati dello SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia hanno intravisto la firma di una di quelle fasi, note come onde a densità di coppia o PDW, e ha confermato che è intrecciato con un'altra fase nota come strisce di onda di densità di carica (CDW), modelli simili a onde di densità di elettroni più alta e più bassa nel materiale.

Osservare e comprendere la PDW e le sue correlazioni con altre fasi può essere essenziale per comprendere come emerga la superconduttività in questi materiali, permettendo agli elettroni di accoppiarsi e viaggiare senza resistenza, disse Jun-Sik Lee, uno scienziato dello staff SLAC che ha guidato la ricerca presso la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) del laboratorio.

Anche prove indirette della fase PDW intrecciate con strisce di carica, Egli ha detto, è un passo importante sulla lunga strada verso la comprensione del meccanismo alla base della superconduttività non convenzionale, che ha eluso gli scienziati in oltre 30 anni di ricerca.

Lee ha aggiunto che il metodo usato dal suo team per fare questa osservazione, che ha comportato l'aumento drammatico della sensibilità di una tecnica a raggi X standard nota come diffusione di raggi X molli risonanti (RSXS) in modo che potesse vedere i segnali estremamente deboli emessi da questi fenomeni, ha il potenziale per avvistare direttamente sia la firma PDW che le sue correlazioni con altre fasi in esperimenti futuri. Questo è ciò su cui hanno intenzione di lavorare dopo.

Gli scienziati hanno descritto le loro scoperte in Lettere di revisione fisica .

Districare i segreti dei superconduttori

L'esistenza della fase PDW nei superconduttori ad alta temperatura è stata proposta più di dieci anni fa ed è diventata un'entusiasmante area di ricerca, con i teorici che sviluppano modelli per spiegare come funziona e gli sperimentali che lo cercano in una varietà di materiali.

In questo studio, i ricercatori sono andati a cercarlo in un ossido di rame, o cuprato, materiale noto come LSCFO per gli elementi che contiene:lantanio, stronzio, rame, ferro e ossigeno. Si pensa che ospiti altre due fasi che potrebbero intrecciarsi con PDW:strisce d'onda di densità di carica e strisce d'onda di densità di spin.

La natura e il comportamento delle strisce di carica e di spin sono stati esplorati in numerosi studi, ma c'erano stati solo pochi scorci indiretti di PDW - proprio come identificare un animale dalle sue tracce - e nessuno realizzato con tecniche di diffusione dei raggi X. Poiché la diffusione dei raggi X rivela il comportamento di un intero campione contemporaneamente, si pensa che sia il modo più promettente per chiarire se il PDW esiste e come si relaziona ad altre fasi chiave nei cuprati, ha detto Lee.

Negli ultimi anni, il team di SSLL ha lavorato per aumentare la sensibilità di RSXS in modo che potesse catturare i segnali che stavano cercando.

Il ricercatore post-dottorato Hai Huang e l'ingegnere dello staff SLAC Sang-Jun Lee hanno utilizzato la tecnica migliorata in questo studio. Hanno disperso i raggi X fuori dall'LSCFO e in un rivelatore, formando schemi che rivelavano cosa stava succedendo all'interno del materiale. Mentre abbassavano la temperatura del materiale verso il suo intervallo superconduttore, apparvero strisce di spin e si intrecciarono per formare strisce di carica, e quelle strisce di carica sono state quindi associate all'emergere di fluttuazioni bidimensionali che sono il segno distintivo della PDW.

I ricercatori hanno affermato che questi risultati non solo dimostrano il valore del nuovo approccio RSXS, ma anche sostenere la possibilità che il PDW sia presente non solo in questo materiale, ma in tutti i cuprati superconduttori.