一個扭曲的超導(dǎo)體故事

根據(jù)萊斯大學(xué)的科學(xué)家的說法，這種力量的字面擾動改變了物理學(xué)家長期以來認(rèn)為的超導(dǎo)特性 。

大米物理學(xué)家 鵬程戴 和 安德烈Nevidomskyy 及其同事使用模擬和 中子散射 實驗，顯示材料的原子結(jié)構(gòu)以顯示晶格的微小的扭曲所謂鐵 pnictide 的鈉，鐵，鎳和砷的化合物。

在最佳超導(dǎo)性點附近的超級溫度下，在材料中的其他對稱原子級中觀察到這些局部變形。他們表示研究人員可能會有一些擺動空間，因為他們努力提高鐵磷酸鹽 成為超導(dǎo)體的溫度 。

Nature Communications報道的這一發(fā)現(xiàn) 是賴斯團隊和，德國和合作者近兩年的工作成果。

Dai和Nevidomskyy都是 賴斯量子材料中心 (RCQM)的成員，他們對產(chǎn)生新的集體現(xiàn)象(如超導(dǎo)性)的基本過程感興趣，這種現(xiàn)象允許材料在沒有電阻的情況下傳輸電流。

科學(xué)家最初發(fā)現(xiàn)超微溫度下的超導(dǎo)性使原子以室溫下不可能的方式合作。甚至已知的“高溫”超導(dǎo)體在環(huán)境壓力下以134開爾文最高，相當(dāng)于零下218華氏度。

因此，如果對超導(dǎo)電性的廣泛實際應(yīng)用有任何希望，科學(xué)家必須找到原子及其成分在各種條件下的行為基本物理學(xué)的漏洞。

這就是賴斯研究人員對鐵磷脂所做的研究，這是一種鈉，鐵和砷的“ 非常規(guī)超導(dǎo)體 ”，特別是摻鎳時。

為了使任何材料超導(dǎo)，必須冷卻。它通過三個過渡發(fā)送它：第一，改變晶格的結(jié)構(gòu)相變; 第二，磁轉(zhuǎn)變似乎將順磁性材料轉(zhuǎn)變 為 反鐵磁體 ，其中原子的自旋在交替方向上排列; 第三，向超導(dǎo)性的過渡。有時第一階段和第二階段幾乎同時發(fā)生，具體取決于材料。

在大多數(shù)非常規(guī)超導(dǎo)體中，每個階段對下一階段都至關(guān)重要，因為系統(tǒng)中的電子開始以庫珀對結(jié)合在一起， 在量子臨界點處達到峰值相關(guān)性，在 此點處磁性有序被抑制并且出現(xiàn)超導(dǎo)性。

但是在pnictide超導(dǎo)體中，研究人員發(fā)現(xiàn)第一次轉(zhuǎn)變有點模糊，因為一些晶格具有稱為 向列 相的性質(zhì)。Nematic來自希臘語中的“線狀”，類似于液體的物理學(xué)， 它與外力作出反應(yīng)。

材料超導(dǎo)性的關(guān)鍵似乎在于鐵磷脂所特有的微妙特性：晶格中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，其原子的有序排列，從 四方 到 正交。在四方晶體中，原子排列成在一個方向上拉伸的立方體。正交結(jié)構(gòu)的形狀像磚。

已知鈉 - 鐵 - 砷磷酸鹽晶體是四方晶體，直到冷卻到轉(zhuǎn)變溫度，迫使晶格變成斜方晶系，這是在較低溫度下出現(xiàn)的超導(dǎo)性的一個步驟。但萊斯研究人員驚訝地看到異常正交區(qū)域遠高于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度。據(jù)報道，這種情況發(fā)生在最低限度摻雜鎳的樣品中，并且在材料過度摻雜時會持續(xù)存在。

“在四方相中，晶格的(方形)A和B方向絕對相等，”戴先生說，他在標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究中心橡樹嶺實驗室進行了中子散射實驗來描述材料。 Heinz Maier-Leibnitz中心的中子研究和中子源研究。

“當(dāng)你冷卻下來時，它最初會變成斜方晶系，這意味著晶格在一個軸上自發(fā)地坍塌，但仍然沒有磁性順序。我們發(fā)現(xiàn)通過非常精確地測量這個晶格參數(shù)及其溫度依賴性失真，我們能夠分辨出晶格在順磁四方狀態(tài)下如何隨溫度變化。“

他們驚訝地看到超導(dǎo)向列相的凹坑甚至在第一次過渡之上使晶格偏向正交形式。

“整篇論文表明，在原則上應(yīng)該是四邊形的系統(tǒng)溫度下出現(xiàn)局部扭曲，”戴說。“這些局部扭曲不僅隨溫度而變化，而且實際上'知道'超導(dǎo)性。然后，它們的溫度依賴性在最佳超導(dǎo)性下變化，這表明部向列相被抑制時，系統(tǒng)具有向列量子臨界點。

“基本上，它告訴你這個向列順序與超導(dǎo)本身競爭，”他說。“但隨后它表明向列波動也可能有助于超導(dǎo)，因為它會改變最佳摻雜的溫度依賴性。”

能夠操縱最佳摻雜點可以使研究人員更好地設(shè)計具有新穎和可預(yù)測性質(zhì)的材料。

“電子向列波動在量子臨界點附近變得非常大，它們受到局部晶體缺陷和雜質(zhì)的束縛，表現(xiàn)為我們測量的局部扭曲，”Nevidomskyy說，他領(lǐng)導(dǎo)了調(diào)查的理論方面。 。“最有趣的方面是，當(dāng)這種情況發(fā)生時，超導(dǎo)性最強，這表明這些向列波動有助于其形成。”