Naprężenie i tlen zmieniają orbitale oraz magnetyzm warstw niklanów podobnie

Zespół zastosował absorpcyjną spektroskopię rentgenowską i rezonansowe nieelastyczne rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego na cienkich warstwach (La,Pr)3Ni2O7-delta. Naprężenie epitaksjalne i zawartość tlenu zmieniał niezależnie od siebie, podano w komunikacie EurekAlert. Naprężenie ściskające pochodzi od podłoża, na którym rośnie warstwa, a utlenowanie zmienia jej skład. Oba zabiegi przesunęły mierzone właściwości elektronowe i magnetyczne w zasadzie w tym samym kierunku.

Pytanie brzmiało, co dzieje się z elektronami i magnetyzmem, gdy nie nadprzewodzący niklan zbliża się do stanu nadprzewodzącego, czytamy w komunikacie. Dwie niezależne regulacje pozwoliły porównać ściskanie sieci z zawartością tlenu w obrębie jednej platformy materiałowej.

Kanał orbitalny i magnetyzm

Gdy naprężenie ściskające rosło albo zawartość tlenu była optymalizowana, stany związane z orbitalami 2pz tlenu i 3dz2 niklu stawały się coraz bardziej zdelokalizowane, podano w badaniu. Waga spektralna przesuwała się w stronę stanów dziurowych pochodzących od tlenu, a cechy początkowo zlokalizowanych elektronów 3dz2 niklu stawały się szersze i mniej wyraźne.

Pomiary wskazują na ścieżkę Ni 3dz2-O 2pz-Ni 3dz2, która łączy sąsiednie warstwy niklu i tlenu. Badanie wiąże postępującą delokalizację tego międzypoziomowego kanału z ewolucją w stronę nadprzewodnictwa, ale nie ustala jej jako jedynej przyczyny. Ten sam sygnał pojawił się przy obu metodach regulacji, co daje teoriom nadprzewodnictwa niklanów konkretny punkt odniesienia doświadczalnego.

Dalekozasięgowy porządek fali gęstości spinowej, wyraźny w stanie nienadprzewodzącym, słabł w miarę zbliżania się warstw do nadprzewodnictwa. Spadały zarówno jego mierzona intensywność, jak i długość korelacji przestrzennej, podano w badaniu. Magnetyzm nie zniknął: krótkozasięgowe wzbudzenia magnetyczne przetrwały, choć dalekozasięgowa koherencja została mocno stłumiona. Wzbudzenia tłumiły się silniej, ale ich charakterystyczna szerokość energetyczna pozostała prawie bez zmian.

To połączenie nakłada ograniczenia na każde wyjaśnienie, twierdzą autorzy. Teoria musi pasować do większej delokalizacji orbitalnej między warstwami, mniejszej dalekozasięgowej spójności magnetycznej i krótkozasięgowych wzbudzeń o niemal niezmienionej skali energetycznej.

Kontekst ciśnienia otoczenia

Objętościowe niklany Ruddlesdena-Poppera po raz pierwszy uzyskały nadprzewodnictwo pod wysokim ciśnieniem, co wymagało ściskania próbek w kowadle diamentowym i ograniczało wiele metod badawczych, podał Newswise. Wzrost cienkich warstw umożliwił nadprzewodnictwo przy ciśnieniu otoczenia dzięki naprężeniu ściskającemu od podłoża i kontroli zawartości tlenu, podano w komunikacie EurekAlert.

Badanie z 2 023 roku wykazało, że dwuwarstwowy La3Ni2O7 pod wysokim ciśnieniem osiągnął temperaturę przejścia do 80 000 K, rekordową dla nadprzewodników na bazie niklu, według przeglądu Instytutu Fizyki Chińskiej Akademii Nauk. W 2 024 roku inżynieria naprężeń przez podłoża umożliwiła nadprzewodnictwo w cienkich warstwach La3Ni2O7 przy ciśnieniu otoczenia, podano w przeglądzie.

Warstwy nadprzewodzą słabiej niż próbki pod ciśnieniem zewnętrznym, bo trudno je hodować z wysoką doskonałością krystaliczną, podał Newswise. To zostawia pole do poprawy krystaliczności, czytamy w tej samej relacji.

Co pozostaje otwarte

Wysokiej jakości monokryształy i warstwy wciąż trudno przygotować. Wpływ defektów i nieporządku sieci na właściwości elektronowe nie jest do końca poznany, a spór o mechanizm i parowanie elektronów trwa, podano w przeglądzie. Dziedzina potrzebuje zaawansowanych technik spektroskopowych, nowych metod doświadczalnych i modelowania teoretycznego, żeby ustalić mechanizm parowania, czytamy w przeglądzie.