Studi Tentang Magnet Nikelat Dan Superkonduktor Cuprate – Sejak penemuan 1986 bahwa bahan tembaga oksida, atau cuprates, dapat membawa arus listrik tanpa kehilangan pada suhu tinggi yang tidak terduga, para ilmuwan telah mencari superkonduktor tidak konvensional lainnya yang dapat beroperasi lebih dekat ke suhu kamar.
Ini akan memungkinkan sejumlah aplikasi sehari-hari yang dapat mengubah masyarakat dengan membuat transmisi energi lebih efisien, misalnya.Oksida nikel, atau nikelat, tampak seperti kandidat yang menjanjikan.
Mereka didasarkan pada nikel, yang berada di sebelah tembaga pada tabel periodik, dan kedua elemen tersebut memiliki beberapa karakteristik umum. sbobet
Bukan tidak masuk akal untuk berpikir bahwa superkonduktivitas akan menjadi salah satunya.
Tetapi butuh bertahun-tahun mencoba sebelum para ilmuwan di Laboratorium Akselerator Nasional SLAC Departemen Energi dan Universitas Stanford akhirnya menciptakan nikelat pertama yang menunjukkan tanda-tanda superkonduktivitas yang jelas.
Sekarang peneliti SLAC, Stanford, dan Diamond Light Source telah melakukan pengukuran pertama dari eksitasi magnetik yang menyebar melalui materi baru seperti riak di kolam.
Hasilnya mengungkapkan persamaan penting dan perbedaan halus antara nikelat dan cuprat. Para ilmuwan mempublikasikan hasil mereka di Science hari ini.
“Ini menarik, karena memberi kita sudut pandang baru untuk mengeksplorasi cara kerja superkonduktor yang tidak konvensional, yang masih menjadi pertanyaan terbuka setelah penelitian selama 30 tahun lebih,” kata Haiyu Lu, seorang mahasiswa pascasarjana Stanford yang melakukan sebagian besar penelitian dengan Peneliti postdoctoral Stanford Matteo Rossi dan ilmuwan staf SLAC Wei-Sheng Lee.
“Di antara hal-hal lain,” katanya, “kami ingin memahami sifat hubungan antara cuprates dan nickelates: Apakah mereka hanya tetangga, melambaikan tangan dan berpisah, atau lebih seperti sepupu yang berbagi sifat keluarga dan cara melakukan sesuatu. sesuatu?”
Hasil penelitian ini, katanya, menambah semakin banyak bukti bahwa hubungan mereka dekat.
Berputar di papan catur
Cuprat dan nikelat memiliki struktur yang serupa, dengan atom-atomnya tersusun dalam kisi yang kaku. Keduanya datang dalam lembaran tipis dua dimensi yang dilapisi dengan elemen lain, seperti ion tanah jarang.
Lembaran tipis ini menjadi superkonduktor ketika didinginkan di bawah suhu tertentu dan kerapatan elektron yang mengalir bebas disesuaikan dalam proses yang dikenal sebagai doping.
Nikel superkonduktor pertama ditemukan pada tahun 2019 di SLAC dan Stanford. Tahun lalu, tim SLAC/Stanford yang sama yang melakukan eksperimen terbaru ini menerbitkan studi terperinci pertama tentang perilaku elektronik nikelat.
Studi tersebut menetapkan bahwa dalam nikelat yang tidak didoping, elektron mengalir bebas di lapisan oksida nikel, tetapi elektron dari lapisan perantara juga menyumbangkan elektron ke aliran. Ini menciptakan keadaan logam 3D yang cukup berbeda dari apa yang terlihat di cuprates, yang merupakan isolator saat tidak didoping.
Magnetisme juga penting dalam superkonduktivitas. Ini dibuat oleh putaran elektron material. Ketika semuanya berorientasi ke arah yang sama, baik ke atas atau ke bawah, bahannya bersifat magnetis dalam arti dapat menempel di pintu lemari es Anda.
Cuprates, di sisi lain, bersifat antiferromagnetik: Putaran elektronnya membentuk pola kotak-kotak, sehingga setiap putaran ke bawah dikelilingi oleh putaran ke atas dan sebaliknya.
Putaran bergantian membatalkan satu sama lain, sehingga materi secara keseluruhan tidak magnetis dalam arti biasa.
Akankah nikelat memiliki karakteristik yang sama? Untuk mengetahuinya, peneliti mengambil sampelnya ke sinkrotron Sumber Cahaya Berlian di Inggris untuk diperiksa dengan hamburan sinar-X inelastis resonansi, atau RIXS.
Dalam teknik ini, para ilmuwan menyebarkan cahaya sinar-X dari sampel material. Injeksi energi ini menciptakan eksitasi magnetik—riak yang merambat melalui material dan secara acak membalik putaran beberapa elektronnya.
RIXS memungkinkan para ilmuwan untuk mengukur eksitasi yang sangat lemah yang tidak dapat diamati dengan cara lain.
Membuat resep baru
“Apa yang kami temukan cukup menarik,” kata Lee.
“Data menunjukkan bahwa nikelat memiliki jenis interaksi antiferromagnetik yang sama dengan cuprates. Ia juga memiliki energi magnet yang serupa, yang mencerminkan kekuatan interaksi antara spin tetangga yang menjaga tatanan magnet ini tetap pada tempatnya. Ini menyiratkan bahwa jenis yang sama dari fisika penting dalam keduanya.”
Tapi ada juga perbedaan, kata Rossi. Eksitasi magnetik tidak menyebar jauh di nikel, dan mati lebih cepat.
Doping juga mempengaruhi kedua bahan secara berbeda; “lubang” bermuatan positif yang diciptakannya terkonsentrasi di sekitar atom nikel dalam nikelat dan di sekitar atom oksigen dalam cuprat, dan ini memengaruhi perilaku elektronnya.
Saat pekerjaan ini berlanjut, kata Rossi, tim akan menguji bagaimana doping nikelat dengan berbagai cara dan menukar elemen tanah jarang yang berbeda ke dalam lapisan di antara lembaran oksida nikel mempengaruhi material. superkonduktivitas—membuka jalan, mereka berharap, untuk menemukan superkonduktor yang lebih baik.…