Их результаты опубликованы в журнале Nature Scientific Reports.YBCO — это хорошо известный керамический материал на основе меди, который может проводить электричество без потерь (сверхпроводимость), когда он охлаждается ниже своей критической температуры Tc = -183 ° C.Поскольку сопротивление и потери энергии в сверхпроводниках равны нулю, существует множество технологических решений. интересные и энергосберегающие электрические приложения, а также преимущества для транспортной отрасли. Электромагниты в электродвигателях можно уменьшить с помощью более сильных магнитных полей, которые будут более мощными, но потребляют меньше энергии; Магнитно-левитирующие поезда, в которых используется сверхпроводящая технология, могут развивать более высокие скорости, избегая трения о рельсы.С другой стороны, необходимость охлаждения этих материалов до низких температур остается препятствием, которое хотелось бы устранить.
Поэтому одна из основных целей исследования сверхпроводников — попытаться найти сверхпроводящий материал при комнатной температуре. Однако механизм, лежащий в основе высокотемпературной сверхпроводимости, до сих пор полностью не изучен.
В этой работе исследователи сделали открытие, которое может пролить новый свет на это явление. Спектроскопия рентгеновского поглощения (XAS) и резонансное неупругое рассеяние рентгеновских лучей (RIXS) использовалась для измерения YBCO при комнатной температуре и при -258 ° C, что намного ниже Tc.
Что делает YBCO особенным как сверхпроводник, так это то, что он состоит из двух типов структурных единиц, то есть уложенных друг на друга «плоскостей» оксида меди, которые, как предполагается, переносят сверхпроводящий ток, но также и отдельных «цепочек» оксида меди между ними. Роль цепей в YBCO озадачивала ученых с момента открытия его сверхпроводящих свойств в 1987 году.
На раннем этапе было понято, что на Tc можно влиять в процедуре синтеза материала путем изменения «кислородного допирования» и, следовательно, длины цепи.Долгое время считалось, что уровень легирования материала определяется исключительно структурой цепочек во время синтеза.
Напротив, новые экспериментальные результаты показывают, что цепи в YBCO реагируют на охлаждение, снабжая плоскости оксида меди положительным зарядом (электронно-дырочный), механизм, называемый самолегированием. Объединив RIXS и модельные расчеты, исследователи также обнаружили, что самолегирование сопровождается изменениями в связях медь-кислород, которые связывают плоскости с цепями.
Это новаторское открытие самолегирования в YBCO ставит под сомнение традиционное понимание механизма сверхпроводимости в высокотемпературных сверхпроводниках на основе меди, которое предполагает постоянный уровень легирования в плоскостях оксида меди. Некоторые предыдущие эксперименты, зависящие от температуры, теперь необходимо будет пересмотреть в этом новом свете, что поможет нам приблизиться к окончательному решению загадки высокотемпературной сверхпроводимости.
Затем исследователи планируют провести более подробное исследование, зависящее от температуры, чтобы определить, происходит ли реструктуризация и перераспределение заполнения орбиты именно при фазовом переходе в сверхпроводимость или уже происходит при более высокой температуре в так называемой области псевдощели.