پدیده ابررسانایی دمابالا هنوز به طور کامل درک نشده است. اکنون، یک تیم تحقیقاتی بینالمللی در مرکز BESSY II، انرژی جفتهای حامل بار را در ترکیب La₂CuO₄ آلایشنشده اندازهگیری کردهاند. یافتههای آنها نشان داد که انرژیهای برهمکنش در لایههای اکسید مس (که پتانسیل ابررسانایی دارند) به طور چشمگیری کمتر از لایههای عایق اکسید لانتانیم است. این نتایج به درک بهتر ابررسانایی دمابالا کمک کرده و میتواند برای پژوهش در مورد سایر مواد کاربردی نیز مفید باشد.
این پژوهش در مجله Nature Communications منتشر شده است.
حدود ۴۰ سال پیش، دسته جدیدی از مواد ناگهان مشهور شدند: ابررساناهای دمابالا. این مواد میتوانند الکتریسیته را کاملاً بدون اتلاف هدایت کنند، نه فقط در دماهای نزدیک به صفر مطلق (صفر کلوین یا منفی ۲۷۳ درجه سانتیگراد)، بلکه در دماهای بسیار بالاتر؛ هرچند هنوز بسیار پایینتر از دمای اتاق.
چنین موادی در حال حاضر در فناوری مورد استفاده قرار میگیرند. با این حال، این پدیده هنوز به طور کامل درک نشده است. اما نقش برهمکنشهای خاص بین حاملهای بار که تضمینکننده حرکت روان آنها در شبکه کریستالی تحت شرایط معین است، به خوبی اثبات شده است.
اکنون، یک تیم بینالمللی به رهبری پروفسور الکساندر فلیش در BESSY II، در یک آزمایش به طور دقیق انرژی جفتهای حامل بار را روی اتمهای اکسیژن اندازهگیری کردهاند. نمونههای تهیهشده در دانشگاه رم، از لایههای متناوب اکسید مس و اکسید لانتانیم با فرمول مولکولی La2CuO4 تشکیل شده بودند.
هنگامی که این ترکیب با اتمهای بیگانه آلایش (dope) شود، میتواند در دمای زیر ۴۰ کلوین به ابررسانا تبدیل شود. ابررسانایی در لایههای CuO رخ میدهد، در حالی که لایههای LaO عایق باقی میمانند. فرض بر این است که الکترونهای گمشده در اطراف اتمهای اکسیژن، که به عنوان «حفرههای اکسیژن» شناخته میشوند، نقشی محوری در ابررسانایی دارند. این اندازهگیریها روی ترکیب La2CuO4 آلایشنشده و در دمای اتاق انجام شد.
دکتر دانیلو کون، نویسنده اول این مطالعه که اندازهگیریها را در BESSY II به عنوان بخشی از آزمایشگاه مشترک اوپسالا-برلین انجام داده، توضیح میدهد: «ما میخواستیم بفهمیم که برهمکنشهای بین حاملهای بار در این دو لایه اکسید متفاوت چقدر قوی هستند و چه تفاوتی با یکدیگر دارند.»
این تیم برای آزمایش خود از طیفسنجهای زمان-پرواز با پیکربندی منحصربهفرد استفاده کرد تا جفتهای الکترون را با استفاده از طیفسنجی تصادفی فوتوالکترون اوژه شناسایی کند. پالسهای ویژه اشعه ایکس (پالسهای PPRE) در فواصل چند صد نانوثانیهای به نمونه برخورد میکردند و زمان کافی برای اندازهگیری دقیق فرآیندهای برهمکنشی که میلیونها بار سریعتر رخ میدهند، فراهم میآوردند.
کون میگوید: «روش ما این امکان را فراهم آورد که این برهمکنشها را به طور دقیق تحلیل کنیم، زیرا ما به طور انتخابی لایه اکسید مس مرتبط را مشاهده میکنیم.» انرژیهای برهمکنش در لایه اکسید مس — که برای ابررسانایی حیاتی است — به طور قابل توجهی کمتر از لایههای عایق اکسید لانتانیم بود.
الکساندر فلیش توضیح میدهد: «این نتایج به ما کمک میکند تا سازوکارهای ابررسانایی دمابالا را بهتر درک کنیم.» او میافزاید: «این تکنیک اندازهگیری همچنین میتواند بینشهای جدیدی در مورد سایر مواد کاربردی ارائه دهد.»
اطلاعات بیشتر: Danilo Kühn et al, Direct observation of the on-site oxygen 2p two-hole Coulomb energy in La2CuO4, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65314-w
اطلاعات نشریه:Nature Communications
ارائهشده توسط انجمن مراکز تحقیقاتی هلمهولتز آلمان
