Dans leur quête pour explorer et caractériser les supraconducteurs à haute température, les physiciens se sont principalement concentrés sur un matériau qui n'est pas le plus élevé. En effet, ce cristal est beaucoup plus facile à diviser en échantillons uniformes et facilement mesurables. Mais en 2024, les chercheurs ont trouvé un moyen de faire pousser de bons cristaux qui sont très similaires au supraconducteur à température la plus élevée.
Maintenant, beaucoup du même groupe ont analysé ces nouveaux cristaux et déterminé pourquoi le supraconducteur à température la plus élevée est en effet plus élevé et quels détails ont été manqués en examinant le cristal plus populaire. Leur travail est publié dans Lettres d'examen physique.
Le Cuprate BI2223, qui, à la pression ambiante (environ 100 000 pascaux), les supraconduisent à 110 Kelvin (-163 ° C), s'est avéré plus facile à étudier et à spécifier, même si les superconductes similaires de cuprate HG1223 à 134 K.
Les cuprates ont des structures cristallines qui contiennent de manière cruciale en cuivre-oxygène (CUO2) Planes et sont souvent de la céramique. Ce dernier cuprate est un cuprate à base de mercure avec la formule chimique HGBA2Californie2Cu3O8 + Δoù le symbole delta δ représente une quantité variable d'oxygène excessive dans la structure cristalline du matériau.
HG1223 et BI2223 sont des cuprates tricouches, ce qui signifie que la cellule unitaire se compose de trois couches de Cuo2 avions. Dans le premier, le mercure (Hg) est à l'intérieur de la cellule unitaire (plus plusieurs autres atomes), tandis que dans le second, c'est du bismuth (BI).
En 2024, un groupe japonais avec plusieurs des mêmes co-auteurs a créé un (Hg, Re) 1223 Cuprate par la même structure que HG1223 mais avec des atomes de mercure remplacés par des atomes de rhénium (Re), ce qui a contribué à stabiliser le cristal. Il avait une température supraconductrice critique de 130 K.
C'est ce dernier cuprate que l'auteur de tête Masafumi Horio à l'Université de Tokyo et ses collègues ont analysé. Pour ce faire, ils ont utilisé la spectroscopie de photoémission à résolution angulaire (ARPES), une méthode expérimentale populaire pour étudier les supraconducteurs.
ARPES est un moyen de cartographier les niveaux d'énergie électronique d'un matériau en fonction de l'élan, qui à son tour fournit des propriétés clés telles que les lacunes énergétiques, les interactions électroniques et la relation entre les énergies électroniques et leurs vecteurs d'onde dans la structure de la bande électronique du matériau.
La technique implique de briller ultraviolet ou de rayons X d'une seule longueur d'onde sur le matériau et de mesurer l'énergie et l'élan (angle d'émission) des électrons émis par l'effet photoélectrique.
Ces électrons éjectés sont capturés et analysés à l'aide d'un spectromètre électronique à haute résolution, avec leur énergie de liaison puis déterminée à partir de leur énergie cinétique par rapport aux énergies photoniques entrantes et à la fonction de travail du matériau – avec beaucoup d'énergie qu'il faut un électron pour échapper au matériau.
Avec l'énergie de liaison à partir de la technique des ARPES, l'énergie de liaison des paires d'électrons (« paires de cooper ») peut être déterminée. Ils transportent le supercurrent du supraconducteur, qui se déplace sans résistance électrique. Ces appariements créent une lacune dans le spectre des états d'énergie électronique autorisés, appelés l'écart supraconducteur, et toutes les excitations du matériau doivent être au moins aussi élevées que le sommet de cet écart – ils doivent posséder une quantité minimale d'énergie déterminée par l'écart.
L'écart conduit à la supraconductivité car des excitations plus petites, telles que la diffusion d'électrons, sont interdites. Plus l'écart d'énergie est large, plus la température critique pour la supraconductivité dans une relation presque linéaire.
Horio et ses collègues ont utilisé des arpes pour comprendre (Hg, Re) 1223. Ils ont constaté que l'écart supraconducteur de (hg, re) 1223 de Cuo intérieur2 La couche était assez similaire à la couche intérieure de Bi2223 – 63 à 62 Millielectronvolts (MEV).
Il était déjà connu que le Cuo intérieur de Bi22232 La couche avait un écart supraconducteur beaucoup plus large que ses deux couches externes – la couche intérieure est apparemment responsable de sa température supraconductrice élevée de 110 K.
Cependant, les couches externes de (Hg, RE) 1223 ont eu un écart supraconducteur beaucoup plus élevé que les couches externes de Bi2223, 57 MEV à 43 MEV. Cela a poussé la température critique de (Hg, RE) 1223 à 130 K, et probablement la même chose est vraie pour le HG1223 d'origine.
« Bien que l'appariement solide dans le (plan intérieur) ait été mis en évidence comme l'élément clé des cuprates de tricouche », écrit le groupe dans leur article, « les résultats actuels suggèrent que l'énergie d'appariement améliorée dans le (plan extérieur) est essentielle pour le TC le plus élevé (température critique) à la pression ambiante réalisée dans le Hg basé sur le CUPRAT TRILIERS à base de HG. »
Après avoir démontré la faisabilité de ces études d'ARPES, attendez-vous à des investigations plus approfondies sur les caractéristiques les plus fines des électrons émis et donc les paramètres supraconducteurs. Cela permettra une quantification précise des divers accouplements dans les intercouches de cuprate ainsi que celles intralayer (couplage électronique-phonon).
« De tels efforts ouvriront la voie à réduire les ingrédients essentiels pour le T Highc des cuprates de tricouche à base de HG, et finalement pour explorer un chemin pour déverrouiller la limitation actuelle de Tc à la pression ambiante. «
Écrit pour vous par notre auteur David Appell, édité par Sadie Harley, et vérifié et révisé par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
