Εμφάνιση υπεραγωγιμότητας από την δυναμικώς ετερογενή μονωτική φάση του La2−xSrxCuO4

Η χημική ένωση La₂CuO₄ είναι η μητρική ένωση μιας σειράς οξειδίων του χαλκού, η οποία έχει γνωστή αντισιδηρομαγνητική, μονωτική συμπεριφορά στη θεμελιώδη της κατάσταση. Αντικαθιστώντας το La με Sr, εισάγονται οπές στο σύστημα με αποτέλεσμα η θεμελιώδης κατάσταση να αλλάζει και να εμφανίζονται εξωτικά φαινόμενα, με πιο γνωστό από αυτά την υπεραγωγιμότητα, δηλαδή την κατάσταση εκείνη κατά την οποία το υλικό παρουσιάζει μηδενική ηλεκτρική αντίσταση ενώ αποβάλλει πλήρως τις δυναμικές γραμμές οποιουδήποτε μαγνητικού πεδίου, μέσα στο οποίο είναι πιθανόν να βρεθεί.

Η εξέλιξη λοιπόν της μονωτικής θεμελιώδους κατάστασης του συγκεκριμένου οξειδίου και η εμ΄φανιση της υπεραγωγιμότητας μέσα από αυτήν είναι ανοικτό ζήτημα, από την στιγμή της ανακάλυψής της. Πρόσφατα, στα πλαίσια μιας διεθνους συνεργασιας, ο καθηγητής κ. Χρήστος Παναγόπουλος, μαζι με συνεργατες έκαναν μια σημαντική ανακάλυψη σχετικά με την μετάβαση μονωτή-υπεραγωγού, η οποία δίνει μια νέα προοπτική στο ζήτημα αυτό.

Πιο συγκεκριμένα, έγιναν πειράματα μέτρησης της ηλεκτρικής αντίστασης σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία, αλλά και το μαγνητικό πεδίο, σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (<<1Κ), για να μελετηθεί η θεμελιώδης κατάσταση λεπτών μονοκρυσταλλικών υμενίων La_2−xSr_xCuO₄, όπου το x είναι το ποσοστό του Sr, το οποίο αντικαθιστά το La (και συνεπώς εκφράζει την συγκέντρωση των οπών) και το οποίο παίρνει τιμές από 0.02 (μονωτής) ως 0.08 (υπεραγωγός). Εκείνο που παρατηρήθηκε είναι ότι με την αύξηση του Sr, άρα και με την αύξησης της συγκετρωσης των οπών, η ηλεκτρονιακή υαλώδης φάση (charge glass order), η οποία είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα της μονωτικής θεμελιώδους κατάστασης, περιορίζεται αλλά συνηπάρχει με υπεραγώγιμες διακυμάνσεις (superconducting fluctuations η SCFs). Η υαλώδης φάση εξαφανίζεται εντελώς και δίνει την θέση της στην καθεαυτή υπεραγωγιμότητα, όταν x ≥ 0.06, όπως ήδη είναι γνωστό από παλαιότερες μελέτες.

Το θέμα της συνήπαρξης δύο διαφοετικών φάσεων στην θεμελιώδη κατάσταση του συγκεκριμένου υλικού, καταδυκνύει ότι η μετάβαση μονωτή-υπεραγωγού δεν είναι μια απολύτως απότομη μετάβαση, όσο αφορά τον μικροσκοποκό της μηχανισμό. Επιπλέον φαίνεται ότι οι υπεραγώγιμες διακυμάνσεις «παγώνουν» λόγω της επικρατούσας ηλεκτρονιακής υαλούδους φάσης. Αυτό σημαίνει ότι οι διακυμάνσεις υπάρχουν ακόμα και στην μονωτική περιοχή της μετάβασης και ανταγωνίζονται την ηλκετρονιακή υαλώδη φάση, φαινόμενο το οποίο δεν συναντάται σε συμβατικά υπεραγώγιμα υλικά.

Επιστημονικό άρθρο: "Emergence of superconductivity from the dynamically heterogeneous insulating state in La_2−xSr_xCuO₄", by X. Shi, G. Logvenov, A. Bollinger, I. Bozovic, C. Panagopoulos & D. Popovic, Nature Materials (2012) doi:10.1038/nmat3487.

Εικόνα:
Διάγραμμα φάσεων της υλώδους περιοχής και της εμφάνισης των υπαργαγώγιμων διακυμάνσεων και της υπαραγωγιμότητας, σε συνάρτηση με το μαγνητικό πεδίο και τη θερμοκρασία. Οι συνεχείς και διακεκομμένες γραμμές είναι για διευκόλυνση του αναγνώστη. Τα μαυρα τετράγωνα αντιστοιχουν στην θερμοκρασία όπου η υαλώδης φάση αρχίζει να φθήνει. Οι ανοικτοί ρόμβοι αντιστοιχούν στα κρίσιμα πεδία όπου οι διακυμάνσεις έχουν πλήρως εξαφανιστεί ενώ τα ανοικτά τρίγωνα στη θερμοκρασία υπεραγώγιμης μετάβασης.

Ιανουάριος 2013

English