Yüksek sıcaklık süperiletkenliği

Yüksek sıcaklık süperiletkenleri, normalin üzerinde sıcaklıklarda süperiletken olarak davranan materyallerdir. İlk yüksek sıcaklık süperiletkeni, 1986’da IBM araştırmacıları Georg Bednorz ve K. Alex Müller tarafından keşfedilmiştir ve 1987’de seramik materyalindeki yüksek iletkenlik keşfinde önemli atılımlarından dolayı Nobel Fizik Ödülü ile ödüllendirilmişlerdir. Sıradan ya da metalik süperiletkenler genellikle 30 Kelvin (-243,15 °C) altında geçiş sıcaklıklarına sahipken yüksek sıcaklık süperiletkenleri 138 K (-135,15 °C) kadar iletkenlik sıcaklıklarıyla gözlemlenir. 2008’e kadar sadece belirli bakır ve oksijen bileşiklerinin (kupratlar) yüksek sıcaklık süperiletkenlik özelliklerine sahip olduğuna inanılıyordu ve yüksek sıcaklık süperiletkenlik terimi bizmut, stronsiyum, kalsiyum, itriyum, baryum gibi bileşikler için bakır oksijen süperiletkenleri yerine kullanılıyordu; fakat şu an birçok demir bileşiğinin (azot grubundakilerin) yüksek sıcaklıklarda süperiletkenliği biliniyor.

Tarihçe

Süperiletkenlik olgusu 1911’de, 4 K (-269,15⁰C) nin altında metalik cıva içinde Heike Kamerlingh Onnes tarafından keşfedildi. 75 yıl sonra araştırmacılar süperiletkenliği daha yüksek sıcaklıklarda gözleme atılımında bulundu. 1970'lerin sonunda elemental metaller için gerekli olan sıcaklıktan çok daha yükseğinde süperiletkenlik belirli metal oksitler için yüksek sıcaklıklarda gözlemlendi [13 K (-260.10⁰C)]. 1986 ‘da J. Georg Bednorz ve K. Alex Müller İsviçre, Zürih yakınlarında IBM araştırma laboratuvarında çalışırken yeni bir süperiletken sınıfı seramik keşfetti. Bednorz dirençleri 35 K (-238.2⁰C) sıcaklık civarında sıfıra düşen bir Lantan Baryum doped bileşiğine ve bakır oksite rastladı. Sonuçları başta Houston Üniversitesi’nden Paul Chu ve Tokyo Üniversitesi’nden Shoji Tafka olmak üzere yakın zamanda birçok grup tarafından onaylandı. Kısa süre sonra P.W. Anderson Resonating Valance Bond Teorisi’ni kullanarak bu materyallerin ilk tanımlamasıyla geldi fakat materyallerin tam anlamı bugün hala gelişmektedir. Bu süperiletkenlerin şu an d-dalga simetrisini bulundurduğu bilinmektedir. Yüksek sıcaklık cuprate süper iletkenlerinin d dalga çiftini içerdiği önerisi ilk olarak 1987’de Bickers, Scalapino ve Scaletter tarafından yapılmıştır. Bunu spin-fluctuation teorisini kullanarak 1988’de Inui, Doniach, Hirschfeld ve Ruckenstein izlemiş ve Gros, Poilblanc, Rice ve Zhang, Kotliar ve Liu d dalgası eşleşmesinin RVB teorisinin doğal bir sonucu olduğunu tanımlamıştır.

Cuprate süperiletkenlerinin d dalgası doğasının onayı çeşitli deneylerle yapılmıştır. Bunlardan bazıları d dalgası boğumlarının Angle Resolved Photoemission Spektroskopi’nde uyarılmış spektrumda doğrudan gözlemlenen, the observation of a half-integer flux in tunneling experiments ve dolaylı yoldan penetrasyon derinliğinin sıcaklık bağlılığı, özısı ve termal iletkenliktir. Çeşitli bağımsız araştırma grupları tarafından onaylanan en yüksek geçiş sıcaklığına sahip süperiletken cıva baryum kalsiyum bakır oksit (HgBa2Ca2Cu3O8) dir. (133 K civarında)

Yüksek Sıcaklık Seramik Süperiletkenlerinin Kristal Yapıları

Yüksek-T_c bakır oksit ya da cuprate süper iletkenlerinin yapısı çoğunlukla perovskite yapısı ile yakından ilgilidir ve bu bileşiklerin yapıları bozuk, oksijen yetersiz çoklu katmanlı perovskite yapıları olarak tanımlanır. Oksit süper iletkenlerinin kristal yapısının özelliklerinden biri değişken CuO2 tabakalarının çoklu katmanlarıdır ve süper iletkenlik bu katmanlar arasında yer alır. Daha çok CuO2 katmanı daha yüksek-T_c anlamına gelir. Bu yapı, elektrik akımları CuO2 levhalarının oksijen kısımları içinde endüklenen holler tarafından taşındığı için geniş bir anizotropiye neden olur. Elektriksel iletkenlik, dik yöne kıyasla CuO2 düzlemine paralelken çok daha fazla iletkenlikle oldukça anizotropiktir. Genellikle kritik sıcaklıklar kimyasal kompozisyonlara, katyon yer değiştirmesine ve oksijen içeriğine bağlıdır.

YBaCuO süper iletkenleri

İlk süper T_c ile itriyum baryum bakır oksit (BritArt2Cu3O7-x); > 77 K (sıvı azot kaynama noktası) olduğu bulundu üç farklı metal BritArt2Cu3O7 süper iletken içindeki oranlarını 1-2, sırasıyla bakır için baryum itriyum için 3 mol oranı vardır. Böylece, belirli bir süperiletken genellikle 123 süper iletken anılır. Birim hücre BritArt2Cu3O7 üç pseudocubic perovskite birim hücreleri oluşur. Her perovskite birim hücre Merkezi Y veya Ba bir atom içerir: alt birim hücre, Y bir orta ve üst birim hücre Ba Ba. Böylece, Y ve Ba [Ba-Ba-Y] c-ekseni boyunca sırayla dizilir. Birim hücrenin tüm köşe siteleri Cu, iki farklı coordinations, Cu(1) ve Cu(2), oksijen açısından sahip tarafından işgal edilmiştir. Oksijen için dört olası crystallographic site: O(1), O(2), O(3) ve O(4). Y ve Ba koordinasyon polyhedra oksijen açısından farklıdır. Oysa BritArt2Cu3O7 yedi oksijen atomları vardır ve bu nedenle, bir oksijen eksikliği perovskite yapı anılır, perovskite birim hücre üçe katlandı dokuz oksijen atomları için yol açar. Farklı Katmanlar yığınlama yapısı vardır: (CuO)(BaO) (CuO2) (Y) (CuO2)(BaO)(CuO). Bir anahtar özelliği, birim hücrenin BritArt2Cu3O7-x (YBCO) CuO2iki kat varlığıdır. Y uçak, iki CuO2 uçak arasında ayırıcı olarak hizmet için roldür. YBCO içinde Cu-O zincirleri süperiletkenlik için önemli bir rol oynamak için bilinir. T x ≈ 0,15 yapısı Ortorombik c 92 K azami durumdadır. Üstüniletkenlik x ≈ 0,6, at YBCO yapısal dönüşümü Ortorombik için tetragonal oluştuğu kaybolur.

BI, Tl ve yüksek-T_c süperiletkenler (Hg temelli)

BI, Tl ve yüksek-T_c süperiletkenler Hg temelli kristal yapısını çok benzer. YBCO gibi perovskite-type özelliği ve CuO2 kat varlığı da bu süperiletkenler bulunmaktadır. Ancak, YBCO, Cu-O zincirleri bu süperiletkenler mevcut değildir. Oysa diğer yüksek-T_c süperiletkenler tetragonal bir yapıya sahip YBCO süper Ortorombik bir yapıya sahiptir. Bi-Sr-Ca-Cu-O sistem homolog seri Bi2Sr2Can−1CunOn4 + 2 +x oluşturan üç süper iletken aşama vardır (n = 1, 2 ve 3). BI-2201, Bi-2212 ve Bi-2223, geçiş sıcaklığı 20, 85 ve 110 K, sırasıyla, sahip bu üç aşamada nerede numaralandırma sistemini temsil atom sayısı BI, Sr, Ca ve Cu sırasıyla. İki aşamada hangi oluşmak-iki yamultulmuş crystallographic birim hücre tetragonal bir yapıya sahip. Bu aşamalardan birim hücre iki atom bir uçağın sonraki ardışık uçağın oksijen atomu oturur bir şekilde yığılmış çift BI – O uçakları var.

Ca atom içinde CuO2 kat BI 2212 ve Bi-2223 iç katman oluşturur; BI-2201 aşamasında hiçbir Ca katman vardır. Birbirleriyle CuO2 uçak sayısı üç aşamada farklı; BI-2201, Bi-2212 ve Bi-2223 aşamaları sırasıyla CuO2 uçak, bir, iki ve üç var. Bu aşamalardan c eksen (aşağıdaki tabloya bakın) CuO2 uçak sayısını artırır. Cu atom koordinasyonunda üç aşamalı olarak farklıdır. Oysa 2212 içinde piramidal bir aranjman beş oksijen atomları tarafından Cu atom çevrelenmiş Cu atom 2201 aşamasında, bir orbitallerinin koordinasyon-oksijen atomları ile ilgili formlar. 2223 yapısında oksijen açısından iki coordinations Cu vardır: bir Cu atom dört oksijen atomları kare düzlemsel yapılandırma ile bağlı ve başka bir Cu atom piramidal bir aranjman beş oksijen atomları ile koordine. Tl-Ba-Ca-Cu-O süper iletken: İse ikinci serisi 2 Tl – Ey Katmanlar içeren bir formül Tl2Ba2Can-1CunO n 2n+ 4 Tl-esaslı süper bir Tl – Ey katman içeren ilk serisi genel formülü TlBa2Can-1CunO2n+ 3, var = 1, 2 ve 3. Tl2Ba2CuO6 (Tl-2201) yapısında bir CuO2 katman yığınlama sırası (Tl – O) (Tl – O) (Ba-O) (Cu-O) (Ba-O) (Tl – O) (Tl – O) ile var. TL2Ba2CaCu2O8 (Tl-2212), bir Ca tabaka arasında iki Cu-O katmanları vardır. Tl2Ba2CuO6 yapısı, Tl – O katmanları Ba-O katmanları dışında mevcut benzer. TL2Ba2Ca2Cu3O10(Tl-2223), Ca katmanları arasında her bu kapsayan üç CuO2 katmanı vardır. TL-esaslı süper iletkenler T_c CuO2 kat artış artış bulunmuştur. Ancak, T_c değeri dört CuO2 kat TlBa2Can-1CunO2n+ 3ve Tl2Ba2Can-1Cunsonra O2n+ 4 bileşik, sonra üç CuO2 kat azalır azalır. Hg-Ba-Ca-Cu-O süper iletken: Kristal yapısı HgBa2CuO4 (Hg-1201), HgBa2CaCu2O6 (Hg-1212) ve HgBa2Ca2Cu3O8 (Hg-1223) Tl-1201, Tl-1212 ve Tl-1223, Hg Tl yerine ile benzerdir. T_c Hg bileşik (Hg-1201) içeren bir CuO2 kat daha büyük bir CuO2ile karşılaştırıldığında önemli-talyum (Tl-1201) bileşik katman. Hg-esaslı süper iletken T_c CuO2 katman arttıkça artmaya da bulunur. HG-1201 için Hg-1212 ve Hg-1223, T_c 94, 128 ve ortam basıncı 134 K, kayıt değerinin sırasıyla aşağıdaki gösterildiği tablo değerlerdir. Hg-1223 T_c 153 K yüksek basınç altında artar. gözlem bu bileşik, T_c bileşiğin yapısını çok duyarlı olduğunu gösterir.

Kritik sıcaklık (T_c), bazı yüksek-T_c süperiletkenlerinin kristal yapısı ve kafes sabitleri
Kimyasal formül	Gösterim	T_c (K)	Birim hücredeki Cu-O düzlemlerinin sayısı	Kristal yapı
YBa₂Cu₃O₇	123	92	2	Ortorombik
Bi₂Sr₂CuO₆	Bi-2201	20	1	Tetragonal
Bi₂Sr₂CaCu₂O₈	Bi-2212	85	2	Tetragonal
Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₆	Bi-2223	110	3	Tetragonal
Tl₂Ba₂CuO₆	Tl-2201	80	1	Tetragonal
Tl₂Ba₂CaCu₂O₈	Tl-2212	108	2	Tetragonal
Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O₁₀	Tl-2223	125	3	Tetragonal
TlBa₂Ca₃Cu₄O₁₁	Tl-1234	122	4	Tetragonal
HgBa₂CuO₄	Hg-1201	94	1	Tetragonal
HgBa₂CaCu₂O₆	Hg-1212	128	2	Tetragonal
HgBa₂Ca₂Cu₃O₈	Hg-1223	134	3	Tetragonal

Yüksek-T_c süperiletkenler hazırlanması

Yüksek-T_c süperiletkenler hazırlanması için en basit yöntem karıştırma, calcination ve sinterlemeilgili katı hal Termokimyasal bir tepkidir. Uygun miktarda habercisi tozlar, genellikle oksitler ve karbonatı, iyice bir Top millkullanarak karıştırılır. Çözüm kimya, coprecipitation, dağılması ve sol-jel yöntemi homojen bir karışım hazırlamak için alternatif yollar gibi işler.Bu tozlar için birkaç saat kalsine 950 °C 800 °C sıcaklık aralığında bulunmaktadır. Tozlar soğutmalı, sandalye ve tekrar kalsine. Bu işlem, homojen bir malzeme almak için birkaç kez tekrarlanır. Tozlar sonradan granül için düzenlenmiş ve Sinterlenmiş. Sinterleme Çevre sıcaklığı, tavlama zaman, atmosfer ve soğutma hızı oyun içinde yüksek-T_c süper iletken malzeme iyi getting çok önemli bir rol gibi. BritArt2Cu3O7 -x bileşik hazırlanan calcination ve homojen karışımı Y2O3, domuz pastırması askeri3 ve CuO uygun atom oranı sinterleme.Sinterleme atmosferinde oksijen 950 °C yapılması ise calcination 900-950 °C de yapılır. Oksijen stoichiometry bu malzeme bir süper iletken BritArt2Cu3O7−x bileşik elde etmek için çok önemlidir. Sinterleme sırasında hangi üzerinde oksijen atmosfere soğutma yavaşlatmak,2Cu3O6 bileşik oluşturulur, Yarıiletken tetragonal BritArt süper iletken BritArt döner2Cu3O7−x. Uptake ve oksijen kaybı BritArt2' Cu3O7−xtersine çevrilebilir. Tam okside Ortorombik BritArt2Cu3O7−x örnek tetragonal BritArt2Cu3O6 Isıtma vakum üzerinde 700 °C sıcaklıkta tarafından dönüştürülebilir BI, Tl ve yüksek-T_c süperiletkenler Hg tabanlı hazırlanması için YBCO göre zor bir şey. Bu süper iletkenler sorunlara benzer katmanlı bir yapıya sahip üç veya daha fazla aşama varlığı nedeniyle ortaya çıkmaktadır. Böylece, sözdizimsel intergrowth ve yığın hataları gibi hataları sentezi sırasında ortaya çıkan ve süper iletken Monofaze izole etmek zorlaşır. BI-2223 (T_c ≈ 110 K) tek bir aşama hazırlamak çok zordur, ancak BI-Sr-Ca-Cu-O için Bi-2212 (T_c ≈ 85 K) faz hazırlanmak basit. BI-2212 faz 860-870 °C'de sinterleme sadece birkaç saat sonra görünür, ancak BI-2223 aşaması daha büyük kısmını uzun tepki süresi bir haftayı 870 °C'de, sonra kurulan Pb ikame BI-Sr-Ca-Cu-O bileşik içinde yüksek-T_c faz büyümesini teşvik tespit edilmiş olsa da uzun sinterleme zaman hala gereklidir.

Özellikler

"Yüksek sıcaklık" süperiletkenlik bağlamında iki ortak tanım vardır:

1. 30 K sıcaklık bu tarihsel BCS kuramıtarafından izin verilen üst sınır olarak alınmıştı. [alıntı gerekli] Ayrıca yukarıda 1973 kaydı 23 k bu bakır oksit malzemelerin 1986 yılında keşfedildi kadar süren bu.

2. Fermi sıcaklık elementel cıva veya kurşungibi geleneksel süper iletkenler için daha büyük bir kısmı bir geçiş sıcaklığı sahip. Bu tanım daha çeşitli alışılmamış süperiletkenlerkapsar ve teorik modeller bağlamda kullanılır. Etiket yüksek-T_c kritik sıcaklık sıvı azot (77 K veya −196 °C) kaynama büyük olan malzemeler için bazı yazarlar tarafından ayrılmış olabilir. Ancak, birkaç malzeme-orijinal keşif ve yeni keşfedilen pnictide süperiletkenler – dahil kritik sıcaklıkları 77 K aşağıda vardı ama sık yayın yüksek-T_c sınıf varlık olarak adlandırılır. Teknolojik uygulamalar hem de yüksek kritik sıvı azot ve ayrıca daha yüksek kritik manyetik alan (ve kritik akım yoğunluğu) kaynama noktası olmak sıcaklık yarar hangi süperiletkenlik yok. Mıknatıs uygulamalarında yüksek kritik manyetik alan yüksek-T_c kendini daha değerli olabilir. Bazı cuprates 100 Tesla bir üst kritik alanı vardır. Ancak, cuprate üretmek pahalı ve teller veya diğer yararlı şekil içine kolayca döndü değil kırılgan seramik malzemelerdir. Yoğun deneysel ve teorik araştırma iki yıl sonra 100.000 den fazla kağıtları, çeşitli ortak özellikleri, yüksek sıcaklık süperiletkenler özelliklerinde tespit edilen konuda yayınlandı.2011 yılı itibarıyla, hayır yaygın kabul teorisi özelliklerini açıklar. Geleneksel süper iletkenler, elementel cıva veya yeterince BCS kuramı, cuprate süper iletkenler (ve diğersıradışı süper iletkenler) açıkladı kurşun gibi göreli ayırt edici kalır. Ayrıca çok tartışmalar yaşandı yüksek sıcaklık süperiletkenlik, YBCO, demir esaslı süper iletkenler, manyetik sipariş ile yaşamaya dair birkaç ruthenocuprates ve diğer egzotik süper iletkenler ve arama malzemeleri diğer aileler için devam ediyor. HTS, tip II süper iletkenler, izin olanquantized birimlerinde akı, çok yüksek manyetik alanlarda üstüniletkenlik bastırmak için gerekli anlamına gelir onların iç nüfuz manyetik alanlar vardır. Katmanlı yapısı da yönlü bağımlılık manyetik alan yanıt verir.

Cuprates

Cuprate süper iletkenler genelde zayıf birleştiğinde bakır oksit (CuO2) katmanlar içinde hareket elektronlar tarafından belirlenen süper iletken özellikleri ile quasi-two-dimensional malzeme olarak kabul edilir. Komşu katmanları lantan, baryum,Stronsiyumveya diğer atomlar gibi iyonları içeren yapısı ve uyuşturucu elektron veya bakır oksit tabakalar üzerine delikler stabilize etmek için hareket. Undoped 'Ana' veya 'Anne' bileşikler ile yeterince düşük sıcaklıkta uzun menzilli antiferromagnetic sipariş Mott izolatörler vardır. Tek bant modelleri genellikle elektronik özellikleri açıklamak yeterli sayılır. Cuprate süper iletkenler perovskite yapının benimsenmesi. Dama Tahtası kafesler kareler O2− iyonları ile her bir kare merkezinde iyon Cu2 + bakır oksit uçaklar. Birim hücre tarafından bu kareler üzerinden 45 ° döndürülmüş. Süper iletken malzemelerin kimyasal formüller, genellikle süperiletkenlik için gerekli doping açıklamak için kesirli sayılar içerir. Cuprate süper iletkenler birkaç aile ve içerdiği öğeleri ve her süper iletken bir blok içinde bitişik bakır oksit katman sayısını tarafından toplanabilir. Örneğin, YBCO ve BSCCO alternatif olarak için Y123 ve Bi2201/Bi2212/Bi2223 katmanlar halinde her süper iletken bir blok (n) sayısına bağlı olarak belirtilebilir. Süper iletken geçiş sıcaklığı kurmak için en uygun doping değerini de (p0.16 =) ve katmanlar halinde her süper iletken bir blok, genellikle n sayısı = 3. Üstüniletkenlik cuprates içinde olası mekanizmaları hala önemli tartışmalar ve daha fazla araştırma konusu vardır. Tüm malzemeler için ortak bazı yönleri tespit edilmiştir. Benzerlikler arasında antiferromagnetic undoped malzemeler düşük sıcaklık durumunu ve doping üzerine öncelikle dx2-y2 yörünge durumunu Cu+ 2 iyonları, ortaya süper iletken devlet önermek elektron-elektron etkileşimleri süperiletkenlik alışılmamış yapma cuprates-elektron Fonon etkileşimleri çok daha önemli. Fermi yüzey son iş yerleştirme spin dalgaları bulunduğu antiferromagnetic Brillouin bölgesi dört noktalarda meydana gelir ve süper iletken enerji açığı bu noktalarda daha büyük göstermiştir. Çoğu cuprates kontrast için de BCS kuramı tarafından açıklanan geleneksel süper iletkenler ile gözlenen zayıf izotop etkileri. Benzerlikler ve farklılıklar delik katkılı özelliklerini ve elektron cuprates katkılı: En azından en uygun doping pseudogap faz varlığı. Geçiş sıcaklığı superfluid yoğunluğu ile ilgili Uemura arsa farklı eğilimler. Londra penetrasyon derinliği karesiyle ters orantılı underdoped cuprate süper iletkenler çok sayıda kritik sıcaklık gibi görünüyor ama ölçülülük sabiti delik ve elektron katkılı cuprates için farklıdır. Doğrusal eğilim bu malzemelerin fizik şiddetle iki boyutlu anlamına gelir. Cuprates spin uyarilmalar'deki evrensel kum saati şeklinde özelliği esnek olmayan nötron kırınımı kullanılarak ölçüldü. Nernst etkisi hem de belirgin süper iletken ve pseudogap aşamaları.

Demir esaslı süper iletkenler

Demir tabanlı süperiletkenler demir ve pnictogenkatmanları içerir — arsenik veya fosforgibi — ya da bir chalcogen. Şu anda ikinci aile bu cuprates arkasında en yüksek kritik sıcaklık. Süper iletken özellikleri 4 K , LaFePO, süperiletkenlik keşfi ile 2006 yılında başladı ve benzer malzeme LaFeAs(O,F) superconduct 43 K basınç altında at bulunduktan sonra 2008 yılında daha fazla dikkat kazandı. Demir tabanlı superconductor ailedeki en yüksek kritik sıcaklık FeSe, nerede bir kritik sıcaklık 100 K fazla son zamanlarda bildirilmiştir. ince filmlerin adlı biri yok. Özgün buluşlar beri demir tabanlı süperiletkenler birkaç aile ortaya çıkmıştır: LnFeAs(O,F) ya da LnFeAsO1-x (Ln = lanthanide) T_c 56 K kadar 1111 malzemesi olarak anılacaktır. Bu malzemelerinflorür değişken daha sonra benzer T_c değerleri ile bulundu. (Ba, K) Fe22 ve demir arsenide katmanlar, çiftleri ile ilgili malzemeler olarak 122 bileşikler adlandırılır. T demir, kobalt ile değiştirildiğinde c değerler 38 K. kadar bu malzemeler de superconduct arasında Edebileceğinen ve NaFeAs T_c kadar yaklaşık 20 K. Bu malzemeler superconduct stokiometrik kompozisyon kapatın ve 111 bileşikler adlandırılır. FeSe küçük kapalı -stoichiometry veya fosfor doping ile. Manyetik siparişi, daha düşük sıcaklıkta cuprate süper iletkenler için benzer bir Ortorombik tetragonal yapısal faz geçiş takip en undoped demir tabanlı süperiletkenler göster. Ancak, onlar Mott izolatörler yerine yoksul metaller ve beş Grup Fermi yüzey yerine bir tane var. Demir-arsenide Katmanlar katkılı gibi faz diyagramı ortaya çıkan süper iletken faz için Kapat veya manyetik faz örtüşen ile oldukça benzer. T_c değeri değişir Fe kadar bağ açıları ile güçlü bir kanıt zaten ortaya çıkmıştır ve optimal T_c değeri deforme RecberUludağ tetrahedra ile elde edilen gösterir. Eşleştirme wavefunction simetri hala yaygın olarak tartışıldı ama bir genişletilmiş s-dalgası senaryo şu anda sevdigi.

Bazen yüksek sıcaklık süperiletkenler adlandırılan diğer malzemeler

T_c değeri 39 k üzerinde tarihsel BCS süperiletkenler için beklenir çünkü magnezyum Diborür zaman zaman için yüksek sıcaklık superconductor geçer. Ancak, bu daha genel olarak en yüksek T_c geleneksel süper, artan T_c meydana gelen iki ayrı grup Fermi seviyesi mevcut varlık olarak kabul edilir. Fulleride süper iletkenler nerede alkali metal atomları C60 molekülleri gösteri süperiletkenlik Cs3C6038 K kadar sıcaklıkta içine ara. Bazı organik süper iletkenler ve ağır fermiyon bileşikler yüksek T_c değerlerine göre T_c değerleri birçok geleneksel süperiletkenler için daha düşük olacak rağmen onların Fermi enerji nedeniyle yüksek sıcaklık süperiletkenler olarak kabul edilir. Bu açıklama, süper iletken özellikleri daha iyi ortak yönleri süper iletken bir mekanizma ile ilişkili olabilir. 1968 yılında teorik çalışma- Neil Ashcroft tarafından öngörülen son derece yüksek basınçta o sağlam metalik hidrojen nedeniyle son derece yüksek Ses hızı yaklaşık Oda sıcaklık süper iletken hale gelmelidir ve kaplin arasında iletken elektron ve kafes titreşimlergüçlü bekleniyor. Bu henüz deneysel olarak doğrulanması için 's. Tüm bilinen yüksek-T_c süperiletkenler tip II süper iletkenler vardır. Aksine türü-ben süper iletkenler, hangi Meissner etkisinedeniyle tüm manyetik alanların kovmak, tip II süper iletkenler manyetik akı, şimdiki birimleri "delik" ya da "boru" normal metalik bölgeler Girdaplardenilen süper iletken toplu olarak oluşturma iç nüfuz alanları sağlar. Sonuç olarak, yüksek-T_c süper iletkenler çok daha yüksek manyetik alanlar karşılayabilir.

Devam eden araştırma

Ne kadar yüksek sıcaklık süperiletkenler süperiletkenlik doğar soru büyük çözülmemiş sorunlar kuramsal yoğun madde fiziğibiridir.Elektronların Bu kristaller neden olan form çiftleri için bir mekanizma bilinmemektedir. Yoğun araştırma ve çok umut verici ilan rağmen bir açıklama defa bilim adamları atlatmış. Bunun bir nedeni söz konusu malzemeler genellikle çok karmaşık, çok katmanlı kristaller (örneğin,BSCCO), teorik modellenmesi zor hale olmasıdır. Çeşitli örnekler ve kalitesini artırma da var olan bileşikleri ve birleştirici yeni malzeme, fiziksel özelliklerini kez T_c artırma umudu ile geliştirilmiş karakterizasyonu amacıyla her iki önemli araştırma açmaktadır. Teknolojik araştırma HTS malzeme ekonomik açıdan kendi kullanımı için yeterli miktarda yapımı ve bunların özelliklerini uygulamaları ile ilgili olarak en iyi duruma getirme üzerinde duruluyor.

Olası bir mekanizma

HTS. için iki temsilcisi teori olmuştur. İlk olarak, HTS antiferromagnetic spin dalgalanmalar katkılı bir sistem ortaya sürülmüştür. Bu teoriye göre cuprate HTS eşleştirme dalga fonksiyonu dx2-y2 simetri olmalıdır. Böylece, eşleştirme dalga fonksiyonu dsahip olup olmadığını belirleme-dalga simetri spin dalgalanma mekanizması test etmek esastır. HTS parametresi (dalga fonksiyonu eşleştirme) sipariş ederseniz, dsahip değil-dalga simetri, sonra spin dalgalanmalar ile ilgili bir eşleşme mekanizması ekarte. (Demir esaslı süper iletkenler için benzer argümanlar yapılabilir ama farklı malzeme özelliklerine farklı bir eşleşme simetrisi sağlar.) İkinci olarak, oldu interlayer model kaplin, hangi göre BCS-tür oluşan bir katmanlı yapısı (s-dalga simetri) süper iletkenler süperiletkenlik geliştirmek kendisi tarafından. Her katmanı arasında ek Tunnelbau etkileşim sunarak, bu modeli sipariş parametresi Anizotropik simetri yanı sıra HTS. ortaya çıkması başarıyla açıkladı Böylece, huzursuz bu sorunu çözmek için oldu gibi photoemission spektroskopisi, NMR,özgül sıcaklık ölçümleri, sayısız deneyler vs. Ama, ne yazık ki, sonuçları belirsiz, diğerleri s simetri desteklenir, ancak bazı raporlar d simetri HTS için desteklenen. Muhtemelen deneysel kanıtlar yanı sıra deneysel sorunları örnek kalite, kirlilik saçılma, eşleştirme, gibi dolaylı doğası kökenli bu çamurlu bir durum.

D simetri destekleyen birleşim deneyi

Çamurlu durumun üstesinden gelmek için akıllı bir deneysel tasarım oldu. Akı niceleme BritArt2Cu3O7 üç tane halka üzerinde (YBCO) dayalı bir deneme sipariş parametre simetri HTS. test için önerilen Sipariş parametre simetri en iyi bağlantı arayüzü Cooper çiftlerinin tünel Josephson kavşak veya zayıf bağlantı boyunca probed. Bu yarı-tam sayı akı, diğer bir deyişle, bir spontan mıknatıslanma sadece d simetri süperiletkenler bir birleşme için meydana gelebilir bekleniyordu. Ama birleşme deneyi HTS simetri belirlemek için en güçlü yöntemi parametre sipariş bile, sonuçları belirsiz olmuştur. J. böylece nerede temiz sınırı (hiçbir kusurları) ve kirli sınırı (maksimal kusurları) eşzamanlı olarak kabul edildi bir deney tasarladılar R. Kirtley ve C. C. Tsuei belirsiz sonuçlar HTS, içine defektleri geldiğini sanıyordum. Deneyde, spontan mıknatıslanma açıkça YBCO, sipariş parametresi d simetri YBCO içinde desteklenen gözlendi. Ama YBCO Ortorombik olduğundan, doğal olarak s simetri bir katkı olabilir. Yani, kendi tekniği daha da ayarlama tarafından buldular YBCO s simetri yaklaşık % 3 içinde bir katkı oldu. [65] Ayrıca, onlar tetragonal Tl2Ba2CuO6saf d2-y2 x sipariş parametre simetri olduğunu fark etti.

Spin-dalgalanma mekanizması nitel açıklaması

Bunca yıl rağmen yüksek-T_c süperiletkenlik mekanizması hala çoğunlukla tam teorik hesaplamalar gibi güçlü etkileşen elektron sistemleri üzerinde olmaması nedeniyle son derece tartışmalı. Ancak, en titiz teorik hesaplamalar fenomenolojik ve grafiksel yaklaşımları da dahil olmak üzere, bu sistemler için eşleme mekanizması olarak manyetik dalgalanmaları birleşirler. Nitel açıklama aşağıdaki gibidir: Bir süperiletken elektron akışı tek tek elektron çözümlenemeyen ama yerine ilişkili elektronlar, Cooper çiftlerinin denilen birçok çiftlerinden oluşur. Ne zaman başka bir elektron çeker ve ilişkili bir çifti oluşturur çevreleyen kristal kafes, malzeme ile hareketli bir elektron bozan geleneksel süperiletkenler içinde bu çifti oluşur. Buna bazen "su yatağı" etkisi adı verilir. Cooper iki yerinden belli minimum enerji gerektirir ve kristal kafes termal dalgalanmalar bu enerji daha küçük ise çift enerji gondererek olmadan akabilir. Bu yeteneği elektron akışı direniş olmadan süperiletkenlik için yol açar. Yüksek-T_c süperiletken, içinde mekanizması dışında bu durumda, phonons hemen hemen herhangi bir rolü oynamak ve onların rol spin-yoğunluk dalgaları ile değiştirilir, geleneksel bir süperiletken için son derece benzerdir. Tüm konvansiyonel süperiletkenler güçlü Fonon sistemleri olarak, tüm yüksek -T_c süperiletkenler güçlü spin yoğunluğu dalga sistemleri, manyetik bir geçiş için örneğin, bir antiferromagnet yakınında bulunmaktadır içinde vardır. Bir elektron bir yüksek-T_c süper iletken hareket ettiğinde kendi spin etrafında bir spin-yoğunluk dalgası oluşturur. İlk elektron (tekrar su yatağı etkisi) tarafından oluşturulan spin depresyon içine düşmek yakındaki bir elektron spin yoğunluğu dalga neden. Bu nedenle, yine, Cooper çifti oluşur. Sistem sıcaklık indirdi, daha fazla spin yoğunluğu dalgalar ve Cooper çiftlerinin, sonunda lider süperiletkenlik için oluşturulur. Yüksek-T_c sistemleri, manyetik sistemleri Coulomb etkileşim nedeniyle bu sistemlerde olduğu gibi orada elektronlar arasındaki güçlü Coulomb itme unutmayın. Bu Coulomb itme aynı kafes sitede Cooper çiftlerinin eşleşmeyi engeller. Elektron çifti yakın komşu örgü siteleri sonucunda oluşur. Bu sözde d-Dalga eşleştirme, eşleştirme durumu köken bir düğüm (sıfır) sahip olduğu.

Örnekler

Yüksek-T_c cuprate süperiletkenler La1.85Ba0,15CuO4ve YBCO (itriyum-baryum-bakır-oksit), hangi ünlü süperiletkenlik sıvı azot kaynama yukarıda elde etmek için ilk malzeme olarak örnekler.

İyi bilinen süperiletkenlerin geçiş sıcaklıkları (Karşılaştırma için sıvı nitrojenin kaynama noktası baz alınmıştır)
Geçiş sıcaklığı (Kelvin)	Geçiş sıcaklığı (Celcius)	Materyal	Sınıf
195	−78	Kuru buz'un süblimleşme noktası
184	−89.2	Yeryüzünde kaydedilen en düşük sıcaklık
133	−140	HgBa₂Ca₂Cu₃O_x(HBCCO)	Bakır-oksit süperiletkenler
110	−163	Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀(BSCCO)
93	−180	YBa₂Cu₃O₇ (YBCO)
90	−183	Sıvı oksijen'in kaynama noktası
77	−196	Sıvı azot'un kaynama noktası
55	−218	SmFeAs(O,F)	Demir bazlı süperiletkenler
41	−232	CeFeAs(O,F)
26	−247	LaFeAs(O,F)
20	−253	Sıvı hidrojen'in kaynama noktası
18	−255	Nb₃Sn	Metalik düşük sıcaklık süperiletkenleri
10	−263	NbTi
9.2	−263.8	Nb
4.2	−268.8	Sıvı helyum'un kaynama noktası
4.2	−268.8	Hg (cıva)	Metalik düşük sıcaklık süperiletkenleri

Ayrıca bakınız

Dış bağlantılar

High temperature superconductivity research at Cornell University 9 Ocak 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
Superconductor Science and Technology 26 Eylül 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
American Superconductor and Consolidaded Edison laying first superconductor grid in New York 29 Mayıs 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
Video of a magnet floating on a HTSC 21 Haziran 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
High-Temperature Superconductor Technologies
High-Temperature Superconductivity in Cuprates 2 Aralık 2011 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. (2002) Book
New LaOFeAs HTS SciAm
Pseudogap from ARPES experiment: three gaps in cuprates and topological superconductivity (Review) (2015) 17 Temmuz 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.