科学家在超导体中发现令人费解的物质状态的迹象

2021年05月14日 10:10 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,美国SLAC国家加速器实验室的科学家们使用一种改进的X射线技术来探索一种非常规超导体中的奇异物质状态,这种超导体在相对高温下能以100%的效率导电。他们瞥见了一种被称为对密度波(PDW)的状态的特征,并证实它与另一种被称为电荷密度波(CDW)条纹的阶段交织在一起--在材料中电子密度较高和较低的波状模式。而CDW则是在自旋密度波(SDW)出现并交织在一起时产生的。

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非常规超导体包含一些奇特的物质相,无论好坏,都被认为在其能够在比科学家认为可能的更高温度下以100%的效率导电方面发挥了作用--尽管离允许其广泛部署在完美高效的电力线、磁悬浮列车等方面的温度还有很大差距。

现在,美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家们已经瞥见了其中一个阶段的特征,被称为对密度波,并证实它与另一个阶段交织在一起,被称为电荷密度波(CDW)条纹--材料中较高和较低电子密度的波状图案。

“观察和理解PDW及其与其他相位的相关性可能对理解这些材料中如何出现超导性至关重要,它允许电子在没有阻力的情况下配对和旅行,”SLAC的工作人员科学家Jun-Sik Lee说,他在该实验室的斯坦福同步辐射光源(SSRL)领导这项研究。

他表示,即使是PDW阶段与电荷条纹交织在一起的间接证据,也是在理解非常规超导性背后机制的漫长道路上迈出的重要一步,在过去30多年的研究中,科学家们一直在躲避这一问题。

Jun-Sik Lee补充说,他的团队用来进行这一观察的方法,涉及到大幅提高被称为共振软X射线散射的标准X射线技术的灵敏度,以便它能够看到这些现象发出的极其微弱的信号,有可能在未来的实验中直接看到PDW特征及其与其他阶段的关联。这就是他们计划接下来要做的事情。

科学家们在《物理评论快报》上发表的一篇文章中描述了他们的发现。

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解开超导体的秘密

高温超导体中PDW相的存在是在十多年前提出的,它已经成为一个令人兴奋的研究领域,理论家们开发了模型来解释它是如何工作的,实验家们在各种材料中寻找它。

在这项研究中,研究人员在一种被称为LSCFO的氧化铜或铜酸盐材料中寻找它,因为它包含的元素是镧、锶、铜、铁和氧。它被认为承载着可能与PDW交织在一起的另外两个相:电荷密度波条纹和自旋密度波条纹。

电荷和自旋条纹的性质和行为已经在一些研究中得到了探索,但是以前只有少数对PDW的间接瞥见--就像从一个动物的足迹中识别它一样--而且没有用X射线散射技术做的。Jun-Sik Lee表示,由于X射线散射一次就能揭示整个样品的行为,它被认为是澄清PDW是否存在以及它与铜酸盐中其他关键相的关系的最有希望的方法。

在过去的几年里,SSRL团队一直致力于提高RSXS的灵敏度,以便它能够捕捉到他们正在寻找的信号。

博士后研究员Hai Huang和SLAC的工程师Sang-Jun Lee在这项研究中使用了改进的技术。他们将X射线从LSCFO上散射到一个探测器上,形成的图案显示了材料内部的情况。当他们把材料的温度降到超导范围时,自旋条纹出现并交织在一起形成电荷条纹,然后这些电荷条纹与作为PDW标志的二维波动的出现有关。

研究人员表示,这些结果不仅证明了新的RSXS方法的价值,而且还支持PDW不仅存在于这种材料中,而且存在于所有的超导铜酸盐中的可能性。

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