Un team internazionale ha osservato un fenomeno sorprendente in un materiale a base di ossido di nichel durante il raffreddamento:invece di congelare, alcune fluttuazioni in realtà aumentano quando la temperatura scende. L'ossido di nichel è un sistema modello strutturalmente simile ai superconduttori ad alta temperatura. L'esperimento mostra ancora una volta che il comportamento di questa classe di materiali riserva ancora delle sorprese.

Praticamente in ogni cosa, temperature più basse significano meno movimento dei suoi componenti microscopici. Minore è l'energia termica disponibile, meno spesso gli atomi cambiano la loro posizione oi momenti magnetici la loro direzione:si congelano. Un team internazionale guidato da scienziati di HZB e DESY ha ora osservato per la prima volta il comportamento opposto in un materiale di ossido di nichel strettamente correlato ai superconduttori ad alta temperatura. Le fluttuazioni di questo nichelato non si congelano durante il raffreddamento, ma diventa più veloce.

Abbiamo utilizzato la tecnica innovativa della spettroscopia di correlazione a raggi X per osservarli:questo ci ha permesso di tracciare l'ordine dei momenti magnetici elementari (spin) nello spazio e nel tempo utilizzando raggi X molli coerenti. Questi giri si dispongono in uno schema a strisce dopo il raffreddamento. Questo ordinamento non è perfetto a temperature più elevate, ma consiste in una disposizione casuale di piccole regioni ordinate localmente. Abbiamo trovato questa disposizione non statica, ma fluttuare su scale temporali di pochi minuti. Mentre il raffreddamento continua, queste fluttuazioni inizialmente diventano sempre più lente e le singole regioni ordinate crescono. Finora, questo comportamento corrisponde a quanto mostrano molti materiali:minore è l'energia termica disponibile, più le fluttuazioni si bloccano e l'ordine cresce.

Ciò che è completamente insolito e non era mai stato osservato in questo modo prima era che quando il materiale si raffreddava ulteriormente, le fluttuazioni sono diventate di nuovo più veloci, mentre le aree ordinate si restringevano. L'ordine delle strisce decade quindi a basse temperature sia spazialmente che attraverso fluttuazioni sempre più veloci, mostrando una sorta di antigelo.

Questa osservazione può aiutare a comprendere meglio la superconduttività ad alta temperatura negli ossidi di rame (cuprati). in cuprati, si pensa che un ordine delle strisce simile a quello dei nichelati possa competere con la superconduttività. Là, pure, l'ordine delle strisce decade a basse temperature, che è stata spiegata come superconduttività, inserimento a basse temperature, sopprime l'ordine delle strisce. Poiché non c'è superconduttività nei nichelati, ma l'ordine delle strisce decade comunque a basse temperature, un aspetto importante sembra mancare nella presente descrizione della superconduttività cuprata. È possibile che l'ordine delle strisce nei cuprati non sia semplicemente soppresso, ma decade anche per ragioni intrinseche, così "sgombrando il campo" per l'emergere della superconduttività. Una comprensione più profonda di questo meccanismo potrebbe aiutare a controllare la superconduttività.

Lo studio mostra il potenziale dei raggi X molli coerenti per lo studio di materiali spazialmente non uniformi, soprattutto quei materiali in cui da questa disuniformità spaziale nasce una nuova funzionalità. La spettroscopia di correlazione con i laser è stata utilizzata per molti decenni per studiare, Per esempio, il moto dei colloidi nelle soluzioni. Trasferito a raggi X molli, la tecnica può essere utilizzata per seguire le fluttuazioni magnetiche e ad es. anche disordine elettronico e chimico nello spazio e nel tempo.

Gli esperimenti qui descritti sono stati condotti presso l'Advanced Light Source ALS, California.

Con le future sorgenti di raggi X come BESSY III, che produrrà radiazioni di raggi X coerenti di molti ordini di grandezza più intense rispetto alle sorgenti attuali, sarà possibile estendere questa tecnica a fluttuazioni più veloci e scale di lunghezza più brevi, e quindi osservare effetti finora non ottenibili.