很长一段时间以来,物理学家们一直试图理解在同一种材料中,被称为电荷密度波(CDW)的传导电子的周期性模式与另一种量子秩序——超导性或零电阻之间的关系。他们竞争吗?共存?合作吗?他们分道扬镳了吗?
艾姆斯实验室的物理学家和他们的国际合作者第一次能够探索超导和CDW材料二硒化铌(NbSe)之间的关系2),通过使用快速电子轰击的实验。
艾姆斯实验室的科学家鲁斯兰·普罗佐罗夫说:“我们正在做的是通过在晶格中引入无序来‘戳’这个系统。”“通过敲除一些离子,影响电子在材料中产生缺陷。量子有序态(CDW和超导)都以某种方式响应这些额外的缺陷,我们可以测量这些缺陷。”
这项研究包括电阻率测量、伦敦穿透深度研究和x射线衍射,结果表明CDW和超导性之间的关系是复杂的——在某些方面,这两种状态相互竞争,而在另一些方面,CDW有助于超导性。
“电荷密度波与超导竞争相同的传导电子,”Prozorov说。“当CDW被抑制或破坏时,超导性就会抓住形成库珀对所需的电子,从而形成超导冷凝物。”
但CDW也通过与晶格振动(称为声子)的耦合来促进超导性。声子充当电子之间的“粘合剂”,形成库珀对。在无序的某个阈值水平上,长程有序CDW突然消失,超导转变温度也突然降低。
“了解影响超导性的因素非常重要,尤其是它的临界温度,”Prozorov说。“未来技术的室温超导体很可能是由单个原子和单原子层人工组装而成,充分利用基本机制,从而增强有用的性能。我们的研究就是朝这个方向迈出的一步。”
故事来源:
材料所提供的能源部/艾姆斯实验室。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。
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