高温超导体揭开电荷密度波的秘密

作者:资讯之家 类目:科技 时间:2023-08-03 22:53 276 标签:,

与传统的超导材料相比,高温超导体可以在更高的温度下实现零电阻导电。自从30多年前被发现以来,人们对高温超导体产生了极大兴趣,因为它具有突破性的潜力,可以应用于磁悬浮列车和长距离电线等技术。然而,科学家们对高温超导体的原理仍知之甚少。其中一个谜团是,在铜基铜酸盐等高温超导体的主要家族中,已经发现了电荷密度波,一种运行于材料中的电子密度高低形成的静态条纹。

然而,这些电荷条纹对超导性的影响是增强、抑制还是起到其它作用呢?在独立的研究中,有两个小组取得了关于电荷条纹和超导之间相互作用的重要进展。这两项研究都在美国能源部斯坦福线性加速器中心(SLAC)进行,利用X射线进行观察。一项研究发表在《科学进展》杂志上,由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UIUC)的研究人员借助SLAC的Linac相干光源(LCLS)实验室的自由电子激光器,研究了铜超导体中电荷密度波的波动。

利用传统激光产生的脉冲来干扰电荷密度波,再通过x射线共振非弹性散射(RIXS)技术,观察这些波在几万亿分之一秒内的恢复过程。研究发现,这种恢复过程遵循一个普遍的动态缩放定律,即在所有尺度上表现出相同的特点。就像分形图案放大或缩小时看起来是一样的。有了LCLS,科学家们首次能够精确测量电荷密度波波动的距离和速度。令人惊讶的是,研究小组发现,这些波动并不像铃声或蹦床上的弹跳,而更像是糖浆缓慢扩散的过程,这是固体中以前未见过的液晶行为的量子模拟。

美国伊利诺伊大学香槟分校的彼得·阿巴蒙特教授团队的博士后研究员马泰奥·米特拉诺表示,我们在LCLS的实验中开发了一种研究电荷密度波波动的新方法,这可能带来对高温超导体工作原理的新理解。该团队还包括斯坦福大学、美国国家标准与技术研究所以及布鲁克海文国家实验室的研究人员。在发表于《自然通讯》上的另一项研究中,利用斯坦福大学同步加速器辐射光源的X射线,我们发现了两种电荷密度波的排列方式,并建立了这些波与高温超导之间的新联系。

在SLAC的科学家李俊锡带领下,研究小组利用共振软x射线散射(RSXS)研究了温度对铜超导体中电荷密度波的影响。这项研究解决了之前实验数据不一致的问题,并为全面描绘这些奇异超导材料中电子行为的图谱打开了新的路径。我们相信,探索新的或隐藏的排列方式以及它们相互交织的现象,将有助于我们更好地理解铜酸盐高温超导性,并为研究人员设计和开发在更高温度下工作的新超导体提供信息。

点赞(0)