Nikel oksitten yapılmış ilk süper iletken

Egzotik nikel bileşikleri yepyeni bir süper iletken sınıfını gösterebilir

Araştırmacılar, kasıtlı olarak bir perovskite nikel oksidi yeni, stronsiyum içeren bir kristal yapıya dönüştürerek, yeni bir tür supralreiter ürettiler. © Danfeng Li / SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı, Stanford Üniversitesi
Yüksek sesle okuma

Egzotik kristal: Araştırmacılar ilk önce bir nikel oksit içinde süper iletkenlik özellikleri göstermiştir. Düşük sıcaklıklarda, bu stronsiyum içeren nickelate elektriksel direncini yitirdi ve elektronları kayıpsız şekilde iletti. Bu nedenle, bu tür nikel bileşikleri yepyeni bir süper iletken sınıfı oluşturabilir ve araştırmacılar "Nature" dergisinde bildirdikleri gibi, bu egzotik özelliğin ardındaki mekanizmalar hakkında değerli bilgiler sağlayabilir.

Süper iletkenlerde, elektronlar neredeyse hiç enerji kaybı olmadan hareket edebilir, bu nedenle bu malzemeler neredeyse hiç direnç göstermeden elektrik iletir. Tipik olarak, bu durum sadece mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda meydana gelir. Bununla birlikte, grafen, metal hidritler, hidrojen sülfit ve bazı bakır terkipleri, sözde cupratlar dahil olmak üzere, önemli ölçüde daha yüksek sıcaklıklarda bile süper-iletken hale gelen bazı malzemeler vardır.

Nikel manzaraları

Ancak araştırmacılar süper iletkenler arasında henüz “kutsal kâseyi” bulamadılar - elektronları oda sıcaklığında ve normal basınçta kayıpsız olarak iletebilen bir malzeme. Diğer şeylerin yanı sıra, periyodik tabloda, bileşikleri bu özelliği gösterebilecek diğer elementleri araştırırlar. Bununla birlikte, sorun: bu malzemelerin neden süper iletken olmaları hala sadece kısmen anlaşılmıştır.

Menlo Park'taki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'ndan Danfeng Li ve meslektaşlarının özellikle umut vaat eden bir adayı çalışmalarını şimdi okudu: periyodik tablodaki bakırın yanında bulunan nikel. Bu element, belirli koşullar altında kupratlara çok benzer bir kristal yapıya sahip olan, nikel adı verilen oksitler oluşturabilir. Bu onları yüksek sıcaklıktaki süper iletkenlere dönüştürebilir, bu yüzden umut ediyorum.

Nikel oksit kristalinde geçiş

Ancak sorun şu ana kadar araştırmacıların nikelleri istenen yapıya sokmakta başarısız olmalarıdır. “Normalde bu malzemelerin oluşturduğu yüksek sıcaklıklarda, yaklaşık 600 derece, bu nikel, sabit değil” diye açıklıyor Li. istenen şekle düşük sıcaklıklarda. "Ekran

Bunun için araştırmacılar, stronsiyum titanyum oksitten (SrTiO3) yapılan bir substrat üzerinde ultra-ince kristal tabakalar oluşturdukları neodim içeren bir nikel oksit (NdNiO3) ile başladılar. Birkaç adımda, daha sonra bu ilk yapıyı stronsiyum içeren bir nickelata dönüştürdüler. Bu materyalin yapısı değişti, böylece “sonsuz bir tabaka” aşaması yaratıldı - süper iletkenliği destekleyen bir kristal yapı.

Süper iletken, ancak Cuprate'den farklı

Ve aslında, bilim adamları bu Nickelate'i soğumaya ve enerjilendirmeye devam ettikçe, elektrik direnci aniden çöktü. Stronsiyum katkılı nickelate, 14.5 Kelvin eksi 258.6 derece santigrat derecenin altında süper iletken oldu. Bu, yalnızca kupratların değil, aynı zamanda bazı nikellerin de süper iletken olabileceğini açıkça ortaya koymaktadır.

Heyecan verici olan şey, nikellerin, kuprat süperiletkenlerinin bazı elektrokimyasal özelliklerinde farklılık göstermesidir, bu nedenle örneğin manyetik değildirler. Bu, Li ve meslektaşlarının açıkladığı gibi, direnç kaybının fiziksel temelinin kupa oranlarından farklı olabileceğini göstermektedir.

Süper iletkenlerin yeni sınıfı mı?

British Columbia Üniversitesi'nden George Sawatzky “Nature” da eşlik eden bir yorumda, “Bu önemli bir keşif, bizi elektronik yapı ve bu malzemelerin süper iletken mekanizmalarının ayrıntılarını yeniden düşünmeye zorluyor” diye yazıyor. Hem o hem de araştırma ekibi bu nickelate'in arkasında yepyeni bir tür ve süper iletken sınıfı gizleyebileceğini düşünüyor.

Nickelat transition geçiş sıcaklığı, süper iletkene transition geçiş hala çok düşüktür. Ancak bilim adamları, cupratlarda olduğu gibi, bu nikel oksitlerin de yüksek sıcaklıkta süper iletkenler oluşturan formlar oluşturabileceğini varsayıyorlar. SLAC'tan kıdemli yazar Harold Hwang, “Hala başlangıçtayız” diyor. “Önümüzde hala birçok iş ve deney var.” (Nature, 2019; doi: 10.1038 / s41586-019-1496-5)

Kaynak: DOE / SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı

- Nadja Podbregar