四十年来,研究铜基高温超导体的学者一直认为,其晶体自内而外都是均匀的。华威大学与欧洲同步辐射光源(ESRF)研究人员的一项新研究却表明事实恰恰相反:这种材料是由不同结构拼合而成的马赛克。
1986年的发现——铜氧化物——曾有望带来无损耗能量传输的革命。所有理论与计算都建立在单一晶格这一观念之上。如今,这一观念已被推翻。
借助三维X射线衍射(3DXRD),研究团队首次深入观察了LESCO样品——镧铕锶铜氧化物——的内部。从室温到100开尔文的扫描揭示出两种不同的原子堆垛方式,它们被异常宽阔的边界分隔开来——约150纳米。
化学家马克·森恩表示,这些边界不仅分隔区域,还主动阻碍超导。本应配对并无阻运动的电子,在这些区域会撞上障碍。
这一结果解释了为何有些样品性能优于其他样品,并要求重新审视此前的许多测量。未来的模型必须考虑这种内部不均匀性。
得益于ESRF升级改造而成为可能的3DXRD方法,还将在其他材料中揭示类似的“隐藏”结构。如今的问题在于:应把铜氧化物视为单一物质,还是视为同一晶体中多种材料的集合。
理解其真实结构,使超导体在更高温度下的实际应用更近了一步。

