یک ماده‌ی ابررسانا به تازگی کشف شده است که به شکل شگفت‌آوری دمای گذار پائینی دارد، اما ساختار الکترونی‌اش به موادی اشاره دارد که در دماهای بالاتر ابررسانا می‌شوند.

فیزیک‌دانان در سال ۲۰۱۹ اولین ابررسانای بر پایه‌ی نیکل یعنی (Nd,Sr)NiO₂ را کشف کردند. ساختار الکترونی این ماده شبیه ابررساناهای بر پایه اکسیدمس (کوپرات) هستند. در حالی‌که دمای گذار ابررسانایی برای کوپرات‌ها می‌تواند به بزرگی ۱۶۵ کلوین باشد، (Nd,Sr)NiO₂ بایستی تا ۱۵ کلوین سرد شود تا ابررسانا گردد. در پزوهش نظری جدید، هیروفومی ساکاکیبارا از دانشگاه توتوری در ژاپن و همکارانش مدلی از ابررسانای نیکلات جدید را توسعه داده‌اند که به شکل شگفت‌آوری دمای گذار پایین این ماده را توضیح می‌دهد [1]. پژوهش‌گران با مقایسه‌ی سازوکار ابررسانایی نیکلات و کوپرات‌‌ها امیدوارند تا پدیده‌‌ای که باعث ایجاد ابررسانایی در دماهای بالا می‌شود را بهتر درک کنند.

برای آنکه ماده‌ای ابررسانا باشد بایستی خارجی‌ترین الکترون‌هایش به دافعه‌ی همدیگر غلبه کرده و به صورت جفت‌های موسوم به جفت‌های کوپری به یکدیگر متصل شوند. این فرآیند در ابررساناهای کوپرات به واسطه‌ی افت‌وخیز اسپین الکترون‌ها ارتقاء می‌یابد. در این ابررساناها اسپین‌ها حرکتی دست‌جمعی را به راه می‌اندازند که باعث می‌شود برخی الکترون‌ها به سوی هم کشیده شده و جفت‌های کوپری تشکیل شود.

برای پی بردن به اینکه آیا سازوکار مشابهی در ابررسانایی نیکلات‌ها روی می‌دهد یا نه، ساکاکیبارا و همکارانش اندرکنش الکترون‌ها را در (Nd,Sr)NiO₂ با استفاده از محاسبات اصول اولیه مدل‌سازی کرده‌اند. این محققان دریافتند که درست مثل ابررساناهای کوپرات، جفت‌های کوپری در (Nd,Sr)NiO₂ تشکیل می‌شوند زیرا اسپین‌ الکترون‌های افت‌وخیزکننده الکترون‌ها را وادار به باهم بودن می‌کند. آن‌ها اما همچنین دریافتند که الکترون‌ها در نیکلات، قوی‌تر از الکترون‌ها در کوپرات با هم اندرکنش می‌کنند. این اندرکنش‌های قوی دمای ابررسانایی را (با مهار حرکت بارها در طول ماده) کاهش می‌دهد. نتایج این تیم پیشنهاد می‌دهد که یک راهبرد برای کشف ابررساناهای دمای بالای دیگری همچون کوپرات‌ها، جستجوی موادیست که این اندرکنش الکترون‌ها در آن‌ها ضعیف‌تر است؛ مثل نیکلات‌ها تحت فشار بالا.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز انتشار یافته است.

درباره‌ی نویسنده:

سوفیا چن نویسنده علمی آزاد در اوهایو است.

مرجع:

[1] H. Sakakibara et al., “Model construction and a possibility of cupratelike pairing in a new d9d9 nickelate superconductor (Nd,Sr)NiO₂,” Physical Review Letters 125, 077003 (2020).

منبع:

Electron Spins Are Key in Nickelate Superconductors