Neue Hochtemperatursuperleiter in La Ni O entdeckt

Hohe Temperatur-Supraleitung ist ein wichtiges Thema in der Materialforschung. Kürzlich haben Wissenschaftler einen neuen Supraleiter in einer Verbindung namens La Ni O entdeckt, als sie unter hohem Druck gesetzt wurde. Diese Entdeckung hat viele neue Studien und Fragen aufgeworfen, besonders darüber, wie dieses Material bei so hohen Temperaturen ohne Widerstand Elektrizität leiten kann.

Historisch gesehen haben sich Wissenschaftler auf hoch Tc-Cuprate konzentriert, die für ihre supraleitenden Eigenschaften bekannt sind. Es gibt zwar noch keine klare Theorie, die erklärt, wie Supraleitung in diesen Materialien funktioniert, aber frühere Modelle basierend auf einem einzelnen Elektronenorbital haben einen Ausgangspunkt geliefert. Die Frage ist jetzt, ob wir einen Supraleiter finden können, der nicht in die bestehenden Modelle passt.

#Die Entdeckung

Ein neuer Supraleiter zeigte bemerkenswerte Leitfähigkeit bei 80 K in La Ni O unter hohem Druck. Das folgt frühere Funde eines 30 K Supraleiters in einer anderen Nickelatverbindung bei Normaldruck. Die Entdeckung hat viele experimentelle und theoretische Untersuchungen angestossen.

Frühere Studien mit Computer-Modellen deuteten darauf hin, dass La Ni O eine einzigartige Struktur hat, die aus zwei Schichten besteht, die in einem quadratischen Gitter angeordnet sind. Das durchschnittliche Verhalten der Nickelatome in dieser Verbindung ist bedeutend. Wissenschaftler fanden heraus, dass eines der Elektronenorbitale fast fest verankert ist, ein Zustand, der als Mott-Lokalisierung bekannt ist und seine Bewegungen einschränkt.

Das andere Orbital zeigt ein anderes Verhalten und wird erwartet, dass es Supraleitung ermöglicht. Das wirft interessante Fragen auf, da die erwarteten Grenzen für Supraleitung möglicherweise nicht auf diesen neu gefundenen Supraleiter zutreffen.

#Bedeutung der Hund-Kopplung

Ein kritisches Element in dieser Untersuchung ist die Wechselwirkung zwischen den beiden Orbitalen, bekannt als Hund's Kopplung. Diese Kopplung beeinflusst die magnetischen Eigenschaften der Elektronen und ihre Fähigkeit, sich zu Paaren zusammenzuschliessen, was eine notwendige Bedingung für Supraleitung ist. Einfach gesagt, die starke Kopplung richtet die Spins der beiden Orbitale aus, wodurch die Wechselwirkungen zwischen ihnen das Gesamtverhalten des Materials beeinflussen können.

Im Fall von La Ni O ist die Kopplung besonders stark. Das bedeutet, dass solange ein Orbital fest verankert ist, es seine Eigenschaften mit dem anderen Orbital teilen kann. Daher können Wissenschaftler das System im Hinblick auf bestimmte Berechnungen hauptsächlich als aus einem effektiven Orbital bestehend betrachten, auch wenn beide Orbitale vorhanden sind.

#Theoretisches Modell

Um das Verhalten der Elektronen in La Ni O besser zu verstehen, haben Forscher ein Modell vorgeschlagen, das sich auf die Wechselwirkungen zwischen den beiden Orbitalen konzentriert. Indem sie die Wechselwirkung in ein Modell mit einem einzigen Orbital vereinfachen, wollen sie verstehen, wie die Supraleitung entsteht.

Das Modell erfasst die Auswirkungen der wichtigen Parameter, die das Verhalten der Elektronen steuern, wie zum Beispiel, wie verlorene Energie durch Wechselwirkungen die Gesamtleitfähigkeit beeinflusst. Wenn die Anzahl der Löcher (fehlende Elektronen) im Orbital zunimmt, können sich die Paare von Elektronen anders verhalten, was zeigt, wie die Verbindung weiterhin supraleitend bleiben kann, auch wenn es einige Löcher gibt.

#Paarmechanismus

Das resultierende Modell zeigt Details über die Paarbildung. Wenn die Bedingungen genau richtig sind, können sich Elektronenpaare bilden und dem Material helfen, Elektrizität ohne Widerstand zu leiten. Diese Paarung kann auch stattfinden, während mehr Löcher hinzugefügt werden, was normalerweise die Supraleitung stört.

Im speziellen Fall von La Ni O scheint es, dass selbst bei signifikanten Mengen an Löchern die Paarstärke nicht wie erwartet sinkt. Das könnte eine Schlüsselfunktion sein, die es diesem speziellen Supraleiter ermöglicht, bei höheren Temperaturen zu funktionieren als andere, die stark auf das Fehlen von Löchern angewiesen sind.

#Zukünftige Experimente

Zukünftige Arbeiten werden auch darin bestehen, zusätzliche Methoden zu testen, um die Zusammensetzung der Materialien zu verändern und verschiedene Methoden der Dotierung (Hinzufügen oder Entfernen von Elektronen) auszuprobieren, um zu sehen, wie sich das auf die Supraleitung auswirkt. Zu verstehen, wie diese Veränderungen den Paarmechanismus beeinflussen, wird entscheidend sein.

Es besteht Interesse daran, die Energieniveaus der verschiedenen Orbitale zu ändern, was den Wissenschaftlern ermöglicht zu sehen, wie das Gleichgewicht zwischen ihnen zu unterschiedlichen Leitfähigkeitszuständen führen kann. Diese Forschung könnte den Weg ebnen, um neue Supraleiter mit noch besseren Eigenschaften zu entdecken.

#Zusammenfassung

Zusammenfassend hat die Entdeckung der Supraleitung in La Ni O neue Fragen und Erkundungen zur Einsicht in hochtemperaturige Supraleiter angestossen. Das komplexe Zusammenspiel zwischen den beiden Orbitalen, beeinflusst durch die Hund's Kopplung, ist ein Schlüsselfaktor für das beobachtete Verhalten.

Durch die Erkundung verschiedener theoretischer Modelle können Wissenschaftler sich darauf konzentrieren, wie man Bedingungen manipulieren kann, um Effekte auf die Supraleitung zu sehen. Weitere Experimente sind geplant, um das Verständnis dieser Materialien zu verfeinern und nach neuen Supraleitern zu suchen, die die Grenzen des aktuellen Wissens erweitern könnten.

Der Weg nach vorne ist reich an Möglichkeiten, und die wissenschaftliche Gemeinschaft ist gespannt darauf, was diese neuen Materialien bieten können.