اکسیدهای معینی از بیسموت که بیسموتات نامیده می‌شوند جزو اولین ترکیباتی بودند که خاصیت ابررساناییِ دمای بالا از خود نشان دادند. با این حال سازوکاری که پشت ابررسانایی آن‌ها وجود دارد رمزآلود باقی مانده بود؛ اگرچه پژوهش‌گران گمان می‌بردند که ابرسانایی این مواد به ابررسانایی نامتعارف (مثل آن‌چه در مورد کوپرات مشاهده شده) مربوط می‌شود. اکنون دونگلای فنگ (Donglai Feng) از دانشگاه فودانِ چین و همکارانش موفق شده‌اند این پازل سی ساله‌ را با آزمایش‌های جدید گسیل‌فوتونی حل کنند. اندازه‌گیری‌های آن‌ها پیشنهاد می‌دهد که بیسموتاتِ ابررسانای نامتعارف نیست در عوض جزو ابررساناهای باردن-کوپر-شریفر محسوب می‌شود که ابررسانایی آن‌ها ناشی از جفت‌شدگی قوی مابین الکترون‌ها و فونون‌هاست.

روش این فناوری برای مطالعه‌ی ابررسانایی، طیف‌سنجیِ گسیل‌فوتونی تفکیک زاویه‌ای (ARPES) است که اندازه‌گیریِ مستقیمی را از ساختار الکترونی ماده با نقشه‌برداری ازتکانه الکترون‌های گسیل شده از طرف ماده انجام می‌دهد: وقتی که ماده تحت تابش اشعه‌ی ایکس یا نور فرابنفش قرار گیرد. با این حال اندازه‌گیری‌های ARPES بر روی بسموتات قبلاً غیرقابل قبول بودند چون بلورهایی با سطوح بزرگ، تمیز و صاف (که از ملزومات آزمایش بود) وجود نداشتند. تیم فنگ این مشکل را با بهبود فرآیند سنتز بلورهای بیسموتات حل کرده‌اند. آن‌ها یک فناوری ARPES را مستقر کردند که از پرتوی نوریِ نقطه‌ایِ کوچک استفاده می‌کند و به آن‌ها این اجازه را می‌دهد تا محدوده‌ی بلور را به کوچکیِ ۵۰ میکرون کاوش کنند.

نتایج این تیم نشان می‌دهد، جفت‌شدگی‌های الکترون-فونون در بیسموتات قوی‌تر از آن است که انتظار می‌رفت. پژوهش‌گران مقایسه‌ی نوارهای الکترونی اندازه‌گیری شده با محاسبات نظریه‌ی چگالی، توضیح داده‌اند که این جفت‌شدگی قوی به دلیل اندرکنش کولنی بلندبرد مابین الکترون‌ها در ماده است؛ اثری که کار نظری پیشین دست‌کم گرفته بود! بنا به استدلال نویسندگان این مقاله، چنان اندرکنش‌های بلند-بردی به نظریه‌پردازان کمک می‌کند تا دیگر ابررساناهای معمولی با دمای بحرانی بالا را پیش‌بینی کنند.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسیده است.

درباره‌ی نویسنده:

ماتئو رینی (Matteo Rini) معاون سردبیر مجله‌ی فیزیک است.

منبع:

Bismuthates Are Surprisingly Conventional