研究人员在没有冷却的情况下展示超导性

时间：2021-06-02 14:52:04 来源：

室温下没有阻力：CuO2双层（浅蓝色，Cu黄色橙色，O红色）之间的氧振荡（模糊）的共振激发，短脉冲导致晶格中的原子短，从而使远离其平衡位置转移。该移位产生了在双层内的CuO2层的分离的增加，并且双层之间的分离同时减少。这是强大的，这提高了超导性。

新的研究详细介绍了科学家如何使用红外激光脉冲来短暂地改变高温超导体的结构，在室温下除去其电阻。

超导性是一种显着的现象：超导体可以在没有任何电阻的情况下输送电流，因此没有任何损失。它已经在一些利基区域使用，例如作为核自旋旋转断层扫描或粒子促进剂的磁体。但是，必须将材料冷却至非常低的温度以实现此目的。但在过去一年中，一个实验就提供了一些惊喜。借助于短红外激光脉冲，研究人员首次成功地在室温下制造陶瓷超导 - 尽管只有几百万微秒。一个国际团队，其中来自MAX PLANCK结构和汉堡物质的动态研究所的物理学家已经作出了重要的贡献，现在已经能够提出对“自然”效果的影响：科学家认为激光脉冲导致晶格中的近似原子短暂地移位，从而提高超导性。该研究结果可以帮助开发在显着提高温度下变得超导的材料，因此对新应用感兴趣。

在开始，超导性仅在少量在略高于绝对零的温度下在零下273摄氏度的温度下众所周知。然后，在20世纪80年代，物理学家基于陶瓷材料发现了一个新的课程。这些已经在宽度200摄氏度的温度下进行电，而不会损失，因此称为高温超导体。其中一个陶瓷是复合钇碳化钇（YBCO）。它是超导电缆，电机和发电机等技术应用最有希望的材料之一。

YBCO晶体具有特殊的结构：用含有钡以及铜和氧气的较厚的中间层交替，与铜和氧和氧气的薄双层交替。超导性具有其起源于二氧化硅薄双层。这是电子可以加入的地方，以形成所谓的库珀对。这些对可以在不同层之间“隧道”，这意味着它们可以通过这些层，如鬼魂可以通过墙壁，比喻说话 - 典型的量子效应。然而，晶体仅在“临界温度”下方的超导，只有这样，刚刚在双层内不仅在双层内隧道，而且通过较厚的层到下一个双层的“精神”。在临界温度之上，缺少双层之间的该耦合，材料变为导电差。

结果有助于材料科学家开发新的超导体

2013年，使用Max Planck研究员Andrea Cavalleri的国际团队发现，当YBCO用红外激光脉冲照射时，它在室温下短暂变得超导。激光显然在晶体中的双层之间显而易见的耦合。然而，精确的机制仍然不清楚 - 直到物理学家能够用美国LCLS在美国的实验中解决谜团，世界上最强大的X射线激光器。“我们开始将红外脉冲再次进入晶体，这激发了某些原子振荡，”Max Planck物理学家罗马曼卡斯基罗马曼卡尔斯基罗马人民主义研究。“稍后一段时间，我们用短X射线脉冲跟踪，以测量励磁晶体的精确晶体结构。”

结果：红外脉冲不仅激励原子振荡，而且也在晶体中移位它们的位置。这简要使二氧化铜双层较厚 - 通过两条纤维素，或者百分之一百分子直径 - 并且它们之间的层变薄了相同的量。这又增加了双层之间的量子耦合，使得晶体在室温下为几种皮秒而变得超导。

一方面，新结果有助于优化高温超导体的静止不全理论。“另一方面，它可以帮助材料科学家开发具有更高危重温度的新超导体，”曼卡斯基说。“最终达到在室温下运行的超导体的梦想，并且根本不需要冷却。”到目前为止，超导磁体，电动机和电缆必须冷却至低于零的温度，液氮或氦气。如果不再需要这种复杂的冷却，这将意味着这种技术的突破。

出版物：R. Mankowsky等，“非线性格子动力学作为YBA2CU3O6.5中增强超导性的基础，”2014年12月4日“（2014年12月4日）; DOI：10.1038 / Nature13875

图像：Jörg伤害/ MPI用于物质的结构和动态

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