Команда успешно синтезировала единственные кристаллы металлического trilayer nickelate комплекс, подвиг, которому исследователи верят, чтобы быть первым.«Это сбалансировано для сверхпроводимости, способом не найденной в других окисях никеля.
Мы очень надеемся, что все, что мы должны сделать теперь, является находкой правильная электронная концентрация».Это соединение окиси никеля не суперпроводит, сказал Джон Митчелл, Аргонн Выдающийся Товарищ и заместитель директора Подразделения Материаловедения лаборатории, который привел проект, который объединил кристаллический рост, спектроскопию рентгена и вычислительную теорию. Но, он добавил, «Это сбалансировано для сверхпроводимости, способом не найденной в других окисях никеля.
Мы очень надеемся, что все, что мы должны сделать теперь, является находкой правильная электронная концентрация».Митчелл и семь соавторов объявили об их результатах в проблеме этой недели Физики Природы.Материалы сверхпроводимости технологически важны, потому что электричество течет через них без сопротивления.
Высокотемпературные сверхпроводники могли привести к более быстрым, более эффективным электронным устройствам, сетки, которые могут передать власть без энергетической потери и сверхбыстрых поездов поднятия, которые едут на лишенных трения магнитах вместо рельсов.Только сверхпроводимость низкой температуры казалась возможной до 1986, но материалы, которые суперпроводят при низких температурах, непрактичны, потому что они должны сначала быть охлаждены до сотен степеней, ниже нуля.
В 1986, однако, открытие высокотемпературной сверхпроводимости в медных окисных комплексах, названных cuprates, породило новый технологический потенциал для явления.Но после трех десятилетий следующего исследования, точно как cuprate работы сверхпроводимости остаются проблемой определения в области.
Один подход к решению этой проблемы должен был изучить комплексы, у которых есть подобный кристалл, магнитные и электронные структуры к cuprates.Основанные на никеле окиси – nickelates – долго рассматривали как потенциал cuprate аналоги, потому что элемент немедленно сидит смежный с медью в периодической таблице. К настоящему времени Митчелл отметил, «Это было неудачными поисками».
Как он и его соавторы отметили в их статье Физики Природы, «Ни один из этих аналогов не был сверхпроводимостью, и немногие даже металлические».nickelate, который создала команда Аргонна, является квазидвумерным комплексом trilayer, означая, что это состоит из трех слоев окиси никеля, которые отделены слоями распорной детали окиси празеодимия.
«Таким образом это выглядит более двумерным, чем трехмерный, структурно и в электронном виде», сказал Митчелл.Этот nickelate и составное, содержащее лантан, а не празеодимий оба, разделяют квазидвумерную trilayer структуру. Но аналог лантана неметаллический и принимает так называемую фазу «полосы обвинения», электронная собственность, которая делает материал изолятором, противоположностью сверхпроводника.
«По некоторой все же неизвестной причине система празеодимия не формирует эти полосы», сказал Митчелл. «Это остается металлическим и так является, конечно, более вероятным кандидатом на сверхпроводимость».Аргонн – одна из нескольких лабораторий в мире, где комплекс мог быть создан. У оптического изображения Подразделения Материаловедения с высоким давлением, пускающего в ход зональную печь, есть специальные возможности. Это может достигнуть давлений 150 атмосфер (эквивалентный сокрушительным давлениям, найденным на океанских глубинах почти 5 000 футов) и температуры приблизительно 2 000 градусов Цельсия (больше чем 3 600 градусов по Фаренгейту), условия должны были вырастить кристаллы.
«Мы не знали наверняка, что мы могли сделать эти материалы», заявил Аргонн постдокторский исследователь Цзюньцзе Чжан, первый автор на исследовании. Но действительно, им удалось вырастить кристаллы, измеряющие несколько миллиметров в диаметре (небольшая часть дюйма).Исследовательская группа проверила, что электронная структура nickelate напоминает структуру cuprate материалов, проводя измерения Рентгеновской абсорбционной спектроскопии в Продвинутом Источнике Фотона, Офисе САМКИ Научного Пользовательского Средства, и выполняя плотность функциональные вычисления теории.
Материаловеды используют плотность функциональная теория исследовать электронные свойства систем конденсированного вещества.«Я потратил свою всю карьеру, не делающую высокотемпературные сверхпроводники», Митчелл шутил.
Но это могло измениться в следующей фазе исследования его команды: попытка вызвать сверхпроводимость в их nickelate материале, используя химический процесс назвала электронный допинг, в котором примеси сознательно добавлены к материалу, чтобы влиять на его свойства.