Un team di scienziati dell’Ames National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e dello SLAC National Accelerator Laboratory ha fornito nuovi dati e analisi sui nichelati a strato infinito. Questo materiale è una classe di superconduttori non convenzionali scoperta di recente. I risultati forniscono nuove informazioni su come funzionano questi superconduttori e su come differiscono dagli altri superconduttori.
L'articolo "Evidence for d-wave superconductivity of infinite-layer nickelates from low-energy electrodynamics" è stato pubblicato su Nature Materials .
La superconduttività è quando un materiale conduce elettricità senza perdita di energia al di sotto di una temperatura critica. I superconduttori sono utilizzati in tecnologie come le macchine per la risonanza magnetica e i computer quantistici.
Esistono due tipi di superconduttori, convenzionali e non convenzionali. La differenza principale tra i due tipi è la temperatura critica. I superconduttori convenzionali di solito funzionano a temperature ultra-basse. Molti superconduttori non convenzionali funzionano a temperature più elevate (anche se ancora molto basse). I ricercatori cercano temperature più elevate per aprire nuovi usi ai superconduttori, ma anche per rivelare i meccanismi che danno origine a questi comportamenti non convenzionali.
Secondo Jigang Wang, scienziato dell'Ames Lab, i superconduttori sono diversi anche a livello elettronico. Quando un superconduttore raggiunge la sua temperatura critica, si formano coppie di elettroni chiamate coppie di Cooper. Queste coppie di Cooper creano un divario superconduttore. Questo divario è l'energia minima necessaria per far muovere gli elettroni individualmente.
Nei superconduttori convenzionali, il divario ha la stessa dimensione in tutte le direzioni (ad esempio, nella superconduttività a onde s). Tuttavia, nei superconduttori non convenzionali, la dimensione del gap può essere diversa a seconda della direzione in cui scorrono gli elettroni (ad esempio, nella superconduttività a onda D).
"Uno dei superconduttori non convenzionali più recenti e potenzialmente innovativi sono i nichelati a strato infinito", ha affermato Bing Cheng, ricercatore post-dottorato presso il Wang's Lab. Questo materiale è stato originariamente scoperto da Harold Hwang presso SLAC, anche lui parte del gruppo di ricerca.
I nichelati a strato infinito sono estremamente sottili e complessi, esistenti come pellicole su altri materiali. Queste proprietà rendono difficile l'uso degli strumenti convenzionali per studiare le proprietà fondamentali di questi superconduttori.
Per affrontare questa sfida, il team di Wang dell'Ames Lab ha utilizzato la propria esperienza nella spettroscopia a onde terahertz per esaminare i nichelati. Con questi strumenti, hanno misurato le dimensioni del gap e hanno scoperto rapide fluttuazioni dei superconduttori quando il materiale è vicino o al di sopra della sua temperatura critica.
I risultati hanno confermato che il materiale ha una superconduttività d’onda, che è simile ad alcuni superconduttori non convenzionali identificati da Zhi-Xun Shen, un membro del team dell’Università di Stanford. Shen ha dedicato più di tre decenni a svelare i segreti della superconduttività dell'onda D.
Secondo Wang, comprendere la natura della superconduttività non convenzionale è ancora oggi una delle sfide più grandi nella fisica della materia condensata e dei materiali. "Ci sono ancora dibattiti su ciò che unisce gli elettroni nelle coppie di Cooper", ha detto. Tuttavia, la comprensione di questi nichelati potrebbe offrire una soluzione a questo enigma di vecchia data.
Ulteriori informazioni: Bing Cheng et al, Prove della superconduttività dell'onda D di nichelati a strati infiniti da elettrodinamica a bassa energia, Materiali naturali (2024). DOI:10.1038/s41563-023-01766-z
Informazioni sul giornale: Materiali naturali
Fornito da Ames National Laboratory
