Znanstvene vijesti — 31.10.2018.

Model perkolacije univerzalno objasnio pojavu supravodljivosti u kupratima

Kao rezultat suradnje znanstvenika Petra Popčevića s Instituta za fiziku sa znanstvenicima Fizičkog odsjeka PMF-a, tehničkog Sveučilišta u Beču i Sveučilišta Minnesota, objavljen je rad u prestižnom časopisu Quantum materials iz Nature grupe, u kojem je pojava supravodljivosti u dc električnoj otpornosti kuprata objašnjena jednostavnim modelom supravodljive perkolacije.

Percolative nature of the direct-current paraconductivity in cuprate superconductors

Petar Popčević , Damjan Pelc, Yang Tang, Kristijan Velebit, Zachary Anderson, Vikram Nagarajan, Guichuan Yu , Miroslav Požek, Neven Barišić, and Martin Greven, Quantum Materials 3, 42 (2018).

DOI: 10.1038/s41535-018-0115-2

Usprkos iznimnom višedesetljetnom naporu znanstvenika širom svijeta, razumijevanje visokotemperaturnih supravodiča iz obitelji kuprata i dalje predstavlja izazov znanstvenoj zajednici. Naročito je važno razumjeti režim supravodljivoga ‘predsparivanja’ iznad same makroskopske temperature superavodljivog prijelaza; taj režim naime daje uvid kako u normalno tako i u supravodljivo stanje. Pri tome, poseban je eksperimentalni izazov razdvojiti supravodljivi odgovor od kompleksnog ponašanja normalnog stanja. Različiti eksperimenti su stoga davali kontradiktorne zaključke o sparivanju iznad temperature prijelaza, a to je bilo praćeno i širokim spektrom mogućih teorijskih objašnjenja.

Paravodljivost dobivena odbijanjem otpora normalnog stanja Fermijeve tekućine od mjerene vodljivosti za nekoliko spojeva iz porodice kuprata. Crvena linija predstavlja predviđanje modela supravodljivih perkolacija u okviru teorije efektivnog medija. Shematski prikaz modela supravodljivih perkolacija kao 2D presjek punog 3D modela (u gornjem redu). Crveni dijelovi su supravodljivi, dok sivkasti dijelovi imaju otpornost normalnog stanja. Puna crta predstavlja Gaussovu raspodjelu lokalnih temperatura prijelaza.

 

Kroz eksperimentalna istraživanja unazad desetak godina, u kojem su zagrebački fizičari odigrali presudnu ulogu, nedvojbeno je ustanovljeno kako pokretni nosioci naboja u kupratima imaju karakteristike konvencionalne Fermijeve tekućine. Doduše, njihovo ponašanje je u pojedinim dijelovima faznog dijagrama prikriveno temperaturno ovisnom (de)lokalizacijom naboja. Rad u Quantum materials se usredotočuje na poddopirano područje faznog dijagrama kuprata (tzv. područje pseudoprocjepa) gdje postoji razmjerno širok temperaturni interval s konstantnim brojem nosioca naboja. U tom režimu, otpornost u normalnom stanju ima vrlo jednostavnu, kvadratnu temperaturnu ovisnost, u skladu s teorijom Fermijevih tekućina. To svojstvo iskorišteno je kako bi se na nedvosmislen način razdvojio doprinos normalnog stanja u električnoj vodljivosti od paravodljivog doprinosa, koji odgovara pojavljivanju supravodljivosti. Tako je na jasan i jednostavan način pokazano da su tragovi supravodljivosti vidljivi svega nekoliko desetaka stupnjeva iznad temperature supravodljivog prijelaza, uz gotovo eksponencijalan pad intenziteta paravodljivosti s temperaturom. Pokazano je, također, da je opisana ovisnost univerzalna u kupratima, uz karakterističnu temperaturnu skalu koja ne ovisi o detaljima pojedinih spojeva. Napokon, razvijen je jednostavan model supravodljive perkolacije, unutar kojeg postoji raspodjela lokalnih temperatura prijelaza na nano-skali, s područjima s lokalno povišenom temperaturom prijelaza. Primjenom teorije efektivnog medija na takav sustav s lokaliziranim supravodljivim područjima dobiva se temperaturna ovisnost vodljivosti koja je u skladu s eksperimentima. Dobro slaganje modela i eksperimenta ukazuje da je u kupratima prisutna intrinzična nehomogenost supravodljivog stanja. Jasno i nedvosmisleno utvrđivanje univerzalnih supravodljivih perkolacija, te još jedna potvrda konvencionalnog ponašanja pokretnih nosioca naboja u normalnom stanju, zahtijeva promjenu ustaljenih paradigma u području visokotemperaturne supravodljivosti.

IF Ⓒ 2017 Ndoc Deda