超導體拼布:關於銅氧化物的40年迷思已被破除

编辑者: Svitlana Velhush

A 40-year assumption about high-temperature superconductors has just been overturned. New 3D X-ray diffraction reveals that cuprates are not structurally uniform, but a patchwork of different crystal structures. A fascinating shift in how we understand superconductivity.

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四十年來,研究以銅為基礎的高溫超導體的學者一直認為,其晶體自始至終都是均勻的。華威大學與歐洲同步輻射光源(ESRF)科學家的一項新研究顯示恰恰相反:這種材料是由不同結構拼成的馬賽克。

1986年的這項發現——銅氧化物——曾預示著無損耗能量傳輸的一場革命。所有理論與計算都建立在單一晶格的觀念之上。如今這一觀念已被推翻。

藉助三維X射線繞射(3DXRD),團隊首次深入窺視了LESCO樣品——鑭銪鍶銅氧化物——的內部。從室溫到100克爾文的掃描揭示出兩種不同的原子排列,它們被異常寬闊的邊界分隔開來——約150奈米。

據化學家馬克·森恩所言,這些邊界不僅僅分隔區域,還主動阻礙超導性。本應配對並無阻礙地運動的電子,在這些區域中會撞上障礙。

這一結果解釋了為何有些樣品比其他樣品表現更好,並要求重新審視許多以往的測量。未來的模型必須考慮到這種內部的不均勻性。

得益於ESRF升級改造而成為可能的3DXRD方法,將在其他材料中也揭示出類似的「隱藏」結構。如今問題在於:該把銅氧化物視為單一物質,還是視為同一晶體中多種材料的集合。

理解真實結構,使超導體在更高溫度下的實際應用更近了一步。

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來源

  • We've Been Wrong About This Type of Superconductor For The Last 40 Years

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HKUST Researchers Redraw the Boundary between Phases of Matter A research team led by Prof. Haruki WATANABE, Professor in the Department of Physics and the Jockey Club Institute for Advanced Study (IAS) at HKUST, in collaboration with Prof. Yukitoshi MOTOME and graduate student

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