بی نظمی کلید تنظیم یک ابررسانا با دمای بالا است

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

فیزیکدانان کرنل کشف کرده اند که به حداقل رساندن بی نظمی، نه تغییر تعداد الکترون، عامل کلیدی برای کنترل ابررسانایی در ماده منحصر به فرد آهن سلنید (FeSe) است، که بینشی جدید برای درک ابررساناهای با دمای بالا است.

با استفاده از روشی جدید برای کنترل این ابررسانا مبتنی بر آهن، محققان آزمایشگاه کایل شن دریافته‌اند که «گنبد» ابررسانا سلنید آهن - منحنی که چگونه ابررسانایی تقویت می‌شود و سپس با تنظیم خواص ضعیف‌تر می‌شود - بیشتر با مقاومت ناشی از نقص در تعداد کریستالی شبکه‌های c از طریق جریان الکترون‌ها مرتبط است. این یافته نشان می دهد که سلنید آهن می تواند اساسا با دیگر ابررساناهای با دمای بالا (یا غیر متعارف) متفاوت باشد.

پل مالینوفسکی، محقق پسادکتری، عضو سابق کلارمن در کالج هنر و علوم (A&S) گفت: «ما دریافتیم که در این ماده، آن گنبد با عواملی بسیار متفاوت از آنچه به طور معمول می‌بینید هدایت می‌شود. "این توسط تعداد الکترون هایی که به آن اضافه می کنید هدایت نمی شود، بلکه توسط موانعی که الکترون ها با آنها برخورد می کنند هدایت می شود - شبکه کریستالی چقدر کامل یا ناقص است؟"

مطالعه "چه چیزی گنبد ابررسانا FeSe الک شده با الکترون را کنترل می کند؟" در 20 اوت در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم با مالینوفسکی به عنوان نویسنده اول منتشر شد.

شن، پروفسور علوم فیزیک جیمز ای ویکز و عضو ریاست جمهوری استفان اچ. وایس (A&S) و مدیر آزمایشگاه فیزیک اتمی و حالت جامد، نویسنده مسئول این مطالعه، گفت: «این یک نتیجه جدید مهم است که می‌تواند بینش زیادی در مورد ابررسانایی در دمای بالا بدهد. "کلید توانایی کنترل دقیق دوپینگ به روشی است که پل توانسته است انجام دهد."

به گفته شن، محققان سال‌ها تلاش کرده‌اند که گنبد سلنید آهن را درک کنند، زیرا شیمی این ماده در برابر روش‌های معمول دوپینگ مقاومت می‌کند، بنابراین مالینوفسکی و همکارانش مجبور شدند روش جدیدی برای مطالعه آن ابداع کنند.

مالینوفسکی گفت که روش استاندارد برای افزودن الکترون به یک سیستم مواد، رشد ترکیب جدیدی است که الکترون های بیشتری در آن وجود دارد. اما این بدان معناست که هر بار که می‌خواهید تعداد الکترون‌ها را تغییر دهید، باید یک ماده کاملا جدید رشد دهید.

مالینوفسکی و همکارانش در رویکرد جدید خود، نمونه‌هایی را با استفاده از تکنیکی به نام اپیتاکسی پرتو مولکولی (MBE) سنتز کردند و با پاشیدن آن‌ها بر روی سطح ماده در فرآیندی به نام رسوب سطحی قلیایی، الکترون‌ها را اضافه کردند. سپس خواص مواد با استفاده از ترکیبی از حمل و نقل الکتریکی درجا و طیف‌سنجی انتشار نوری با تفکیک زاویه‌ای (ARPES) بررسی شدند. این کار در خلاء بسیار بالا با استفاده از فلز قلیایی سزیم انجام شد.

Malinowski گفت که MBE و رسوب قلیایی هر دو تکنیک‌هایی هستند که در جاهای دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما آزمایشگاه Shen که در سنتز لایه‌های نازک تخصص دارد، به طور منحصربه‌فردی برای ترکیب سنتز با پروب‌های الکتریکی و طیف‌سنجی بدون برداشتن یا رشد مجدد نمونه قرار داشت.

او گفت: «نکته بدیع در اینجا این است که ما می‌توانیم این کار را یک‌باره به روشی بسیار جامع انجام دهیم. معلوم شد که این برای پی بردن به آنچه در حال وقوع است ضروری است.

داده‌های این رویکرد جدید نشان داد که اختلال جسمانی گنبد را کنترل می‌کند. به گفته محققان، بی نظمی به هر تعداد انحراف از نظم اتمی دقیق یک ماده کریستالی که جریان الکترون ها را مختل می کند، اطلاق می شود، مانند یک اتم از جای خود در اینجا و آنجا یا شکستن الگو. در یک کریستال کامل، این عیوب وجود ندارند، اما در عمل همیشه وجود دارند. شن گفت، علاوه بر این، افزودن الکترون ها به ناچار بی نظمی را ایجاد می کند.

مالینوفسکی گفت: در مورد سلنید آهن، برجسته بودن بی نظمی در کنترل گنبد ابررسانا تعجب آور است زیرا این ماده را از سایر مواد متمایز می کند. همچنین چیزی در مورد مکانیسم میکروسکوپی ابررسانایی در این ترکیب نشان می‌دهد و می‌تواند توضیحات نظری را در مورد چگونگی توسعه ابررسانایی ارائه دهد.

شن گفت، در خانواده‌های دیگر ابررساناهای با دمای بالا، مانند کپرات‌ها، اعتقاد بر این است که تعداد الکترون‌ها محرک اصلی نمودار فاز و گنبد هستند.

او گفت: "بی نظمی وجود دارد، اما به طور کلی اعتقاد بر این است که یک بازیکن ثانویه یا درجه سوم است و نقشی جزئی دارد." "در این مواد به نظر می رسد که معکوس شده است. ما می دانیم که ما مواد را دوپینگ می کنیم، اما به نظر می رسد که اختلال عامل غالب است و دوپینگ یک عامل ثانویه است. این امر خلاف واقع بود، و مدتی طول کشید تا با آن کنار بیاییم و نتایج خود را باور کنیم، زیرا بسیار مغایر با سایر ابررساناهای غیر متعارف بود."

شن گفت که برای درک تصویر بزرگتر از این که چرا سلنید آهن به این شکل رفتار می کند، کار بیشتری باید با نظریه پردازان انجام شود. آزمایش‌های بیشتری نیز در گروه او انجام می‌شود تا فقط بر تغییر اختلال تمرکز کند.

پل تی. مالینوفسکی و همکاران، چه چیزی گنبد ابررسانا FeSe دوپ شده با الکترون را کنترل می کند؟، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (2026). DOI: 10.1073/pnas.2608091123

اطلاعات مجله: مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →