Các nhà nghiên cứu Nhật Bản phát hiện tính chất bất ngờ trong chất siêu dẫn

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Tokyo Metropolitan đã phát hiện ra rằng các tinh thể của vật liệu siêu dẫn được phát hiện gần đây, một bismuth chalcogenide được xếp lớp với cấu trúc đối xứng bốn lần, chỉ cho thấy sự đối xứng hai lần trong tính siêu dẫn của nó. Nguồn gốc của tính siêu dẫn trong các cấu trúc này vẫn chưa được hiểu rõ; phát hiện này cho thấy mối liên hệ với một loại vật liệu bí ẩn được gọi là chất siêu dẫn nactic và các cơ chế phi thường mà chất siêu dẫn có thể xuất hiện ở nhiệt độ dễ tiếp cận hơn.

Chất siêu dẫn là vật liệu có điện trở cực thấp. Họ đã thấy nhiều ứng dụng cho nam châm điện mạnh, đặc biệt là trong các đơn vị hình ảnh cộng hưởng từ y tế (MRI), trong đó chúng được sử dụng để tạo ra từ trường mạnh cần thiết cho hình ảnh không xâm lấn có độ phân giải cao. Tuy nhiên, tồn tại những rào cản đáng kể ngăn cản việc sử dụng rộng rãi hơn, ví dụ như truyền tải điện trên khoảng cách xa. Đáng chú ý nhất là siêu dẫn thông thường chỉ phát sinh ở nhiệt độ cực thấp. Các chất siêu dẫn “nhiệt độ cao” đầu tiên chỉ được tìm thấy vào nửa cuối những năm 1980, và các cơ chế đằng sau cách chúng hoạt động vẫn còn được tranh luận sôi nổi.

Vào năm 2012, lần đầu tiên , Giáo sư Yoshikazu Mizuguchi của Đại học Tokyo Metropolitan đã thành công trong việc chế tạo vật liệu bismuth chalcogenide với các lớp cách điện và siêu dẫn xen kẽ. (Chalcogenides là các vật liệu chứa các nguyên tố thuộc nhóm 16 của bảng tuần hoàn.) Bây giờ, cùng một nhóm đã thực hiện các phép đo trên các tinh thể đơn của vật liệu và thấy rằng các đặc tính đối xứng quay của cấu trúc tinh thể không được sao chép theo cách siêu dẫn thay đổi theo hướng.

Vật liệu mà nhóm nghiên cứu bao gồm các lớp siêu dẫn làm từ bismuth, lưu huỳnh, selen, và các lớp cách điện làm từ lanthanum, flo và oxy. Điều quan trọng, các lớp chalcogenide có sự đối xứng xoay bốn lần (hoặc tetragonal ) tức là giống nhau khi xoay 90 độ. Tuy nhiên, khi nhóm nghiên cứu đo độ từ điện của vật liệu ở các hướng khác nhau, họ chỉ tìm thấy sự đối xứng hai lần tức là giống nhau khi quay 180 độ. Các phân tích sâu hơn ở các nhiệt độ khác nhau không cho thấy bất kỳ thay đổi nào đối với cấu trúc; họ kết luận rằng sự phá vỡ đối xứng này phải phát sinh từ sự sắp xếp của các electron trong lớp.

Khái niệm về các pha chủ yếu xuất phát từ các tinh thể lỏng, trong đó các mảng vô định hình của các hạt giống hình que có thể chỉ theo cùng một hướng, phá vỡ tính đối xứng quay trong khi vẫn phân bố ngẫu nhiên trong không gian.

Rất gần đây, người ta đã đưa ra giả thuyết rằng một cái gì đó tương tự trong cấu trúc điện tử của vật liệu, tính chất điện tử , có thể đứng sau sự xuất hiện của chất siêu dẫn trong chất siêu dẫn nhiệt độ cao. Phát hiện này rõ ràng liên kết hệ thống tùy biến cao này với các chất siêu dẫn nhiệt độ cao như vật liệu đồng và sắt.

Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng cuộc điều tra sâu hơn sẽ tiết lộ những hiểu biết quan trọng về cách thức các tài liệu khác nhau rộng rãi làm phát sinh hành vi tương tự và cách chúng hoạt động.

Nguồn tin tức:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Tokyo Metropolitan . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Kazuhisa Hoshi, Motoi Kimata, Yosuke Goto, Tatsuma D Matsuda, Yoshikazu Mizuguchi. Độ từ điện đối xứng hai lần trong các tinh thể đơn của chất siêu dẫn dựa trên Tetragonal BiCh2 dựa trên LaO0.5F0.5BiSSe . Tạp chí của Hiệp hội Vật lý Nhật Bản , 2019; 88 (3): 033704 DOI: 10,7566 / JPSJ.88.033704