Ova stranica koristi kolačiće (cookies) kako bi osigurala bolje korisničko iskustvo.

Više informacija možete pronaći u Izjavi o kolačićima.

Slažem se

Kontrast Disl
Institut za fiziku
Sve kategorijeVijestiJavna nabavaZnanstvene vijestiIzdvojenoNatječajiObavijesti o ishodu natječajnog postupka
Prikaži:
A A A
Znanstvene vijesti — 20.07.2023.

Kvantna tekućina virova u supravodičima na bazi željeza FeSe1-xSx i FeSe1-xTex s elektronskim nematičnim uređenjem

U novom radu objavljenom u časopisu Nature Communications, naš kolega Matija Čulo je u suradnji sa znanstvenicima iz Engleske, Nizozemske i Japana, na temelju magnetotransportnih mjerenja u visokim magnetskim poljima pružio uvjerljive dokaze za postojanje egzotične i vrlo rijetke faze kvantne tekućine virova u supravodičima FeSe1-xSx i FeSe1-xTex s elektronskim nematičnim uređenjem.

Expanded quantum vortex liquid regimes in the electron nematic superconductors FeSe1-xSx and FeSe1-xTex

M. Čulo, S. Licciardello, K. Ishida, K. Mukasa, J. Ayres, J. Buhot, Y.-T. Hsu, S. Imajo, M. W. Qiu, M. Saito, Y. Uezono, T. Otsuka, T. Watanabe, K. Kindo, T. Shibauchi, S. Kasahara, Y. Matsuda, N. E. Hussey.

Nature Communications 14, 4150 (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39730-9

Kvantna tekućina virova je egzotično stanje supravodiča tipa-II, kod kojeg je standardna Abrikosovljeva rešetka virova rastaljena čak i na ekstremno niskim temperaturama (T), uslijed jakih kvantnih fluktuacija supravodljivog parametra uređenja. Ovakvo stanje se teorijski veoma slabo razumije, a eksperimentalno je potvrđeno u svega nekoliko materijala. Jedno od ključnih pitanja je točan izvor tako jakih supravodljivih kvantnih fluktuacija i uloga koju u tome igraju obližnje ne-supravodljive faze.

U svom novom istraživanju, kolega Čulo u suradnji sa znanstvenicima iz Engleske, Nizozemske i Japana, daje uvjerljive dokaze o postojanju ovog rijetkog i egzotičnog stanja kvantne tekućine virova u supravodičima na bazi željeza FeSe1-xSx i FeSe1-xTex, koji su jedinstveni zbog nekonvencionalne supravodljivosti koja izvire iz čistog elektronskog nematičnog stanja. Prisutnost kvantne tekućine virova je pokazana na temelju dva kritična magnetska polja (H): tzv. polja taljenja Hm, iznad kojeg rešetka virova prelazi u tekućinu virova i gornjeg kritičnog polja Hc2, iznad kojeg tekućina virova prelazi u normalno (ne-supravodljivo) stanje. Kritična polja Hm i Hc2 su određena mjerenjem električnog otpora (R) u visokim magnetskim poljima do 60 T i na vrlo niskim temperaturama do 0.3 K na način prikazan na slici 1a) za spoj FeSe1-xSx s x = 0.25 na T = 0.3 K.

Ista procedura je provedena za sve temperature i za sve uzorke FeSe1-xSx i FeSe1-xTex, a na temelju tako određenih Hm(T) i Hc2(T) konstruirani su H-T fazni dijagrami u kojima se jasno razabiru: rešetka virova ispod linije Hm(T), tekućina virova između Hm(T)  i Hc2(T) i normalno (ne-supravodljivo) stanje iznad Hc2(T). Primjer takvog H-T faznog dijagrama prikazan je na slici 1b) za spoj FeSe1-xSx s x = 0.25. Kao što možemo vidjeti, postoji veliko razdvajanje između Hm(T)  i Hc2(T) linija, što ukazuje na to da je rešetka virova rastaljena i pretvorena u tekućinu virova u značajnom dijelu faznog dijagrama, uslijed jakih termalnih fluktuacija supravodljivog parametra uređenja. Štoviše, veliko razdvajanje između Hm(T)  i Hc2(T) ustraje čak i na T → 0, gdje termalne fluktuacije postaju zanemarive tako da jedino kvantne fluktuacije mogu biti odgovorne za razaranje rešetke virova. Ovakvo ponašanje onda pruža uvjerljiv dokaz za postojanje kvantne tekućine virova u FeSe1-xSx za x = 0.25.

Figure 1. a) Example of the determination of critical fields Hm and Hc2 from the measurements of electrical resistance R as a function of H for FeSe1-xSx with x = 0.25 at T = 0.3 K. For convenience, shown is the derivative of resistance dR/dμ0H normalized at 38 T, where μ0 is the vacuum permeability. Theoretically, Hm represents the field beyond which R ≠ 0, which in our case reduces to the field beyond which dR/dμ0H suddenly increases above 0. Hc2 is theoretically the field beyond which the normal (non-superconducting) state is established, which in our case reduces to the field beyond which the dR/dμ0H curve in the superconducting state (blue line at 0.3 K) starts to overlap with the dR/dμ0H curve in the normal state (red line at 10 K). b) Resulting H-T phase diagram for FeSe1-xSx with x = 0.25 with the following phases: normal (non-superconducting) state, vortex lattice/solid, vortex liquid and quantum vortex liquid.

Slika 1. a) Određivanje kritičnih polja Hm i Hc2 na temelju mjerenja električnog otpora R u ovisnosti o H na primjeru FeSe1-xSx za x = 0.25 i T = 0.3 K. Zbog praktičnih razloga prikazana je derivacija otpora dR/dμ0H normalizirana na 38 T, gdje je μ0 permeabilnost vakuuma. Teorijski, Hm predstavlja polje iznad kojeg je R ≠ 0, što se u našem slučaju svodi na polje na kojem dR/dμ0H naglo poraste iznad 0. Hc2 je u teoriji polje iznad kojeg se uspostavlja normalno (ne-supravodljivo) stanje, što se u našem slučaju svodi na polje iznad kojeg se dR/dμ0H krivulja u supravodljivom stanju (plava linija na 0.3 K) počinje preklapati s dR/dμ0H krivuljom u normalnom stanju (crvena linija na 10 K). b) Rezultirajući H-T fazni dijagram za FeSe1-xSx za x = 0.25 sa sljedećim fazama: normalno (ne-supravodljivo) stanje (normal), rešetka virova (vortex solid), tekućina virova (vortex liquid) i kvantna tekućina virova (quantum vortex liquid).

Slični H-T fazni dijagrami su dobiveni i za ostale uzorke FeSe1-xSx i FeSe1-xTex, pokazujući da je režim kvantne tekućine virova prisutan za sve S i Te kompozicije. Koliko je režim kvantne tekućine virova jak, može se odrediti iz omjera polja taljenja i gornjeg kritičnog polja Hm(0)/Hc2(0) procjenjenog u granici T → 0 u faznim dijagramima poput onog na slici 1b). Što je omjer Hm(0)/Hc2(0) dalji od 1, to je režim kvantne tekućine virova jači. Ovisnost tako dobivenog omjera Hm(0)/Hc2(0) o x prikazan je na slici 2 za obje familije FeSe1-xSx i FeSe1-xTex. Kao što vidimo, režim kvantne tekućine virova u FeSe1-xSx je najjači izvan nematične faze za x ≈ 0.25, a u FeSe1-xTex unutar nematične faze za x ≈ 0.30. Ovakvo ponašanje ukazuje na to da ne postoji jednostavna korelacija između supravodljivih kvantnih fluktuacija, tj. režima kvantne tekućine virova i obližnje (ne-supravodljive) nematične faze. S druge strane, kao što slika 2 jasno pokazuje, snažna korelacija postoji između režima kvantne tekućine virova i same supravodljive faze, jer tamo gdje je kvantna tekućina virova najjača, tamo je kritična temperatura supravodljivog prijelaza Tc najmanja. Tu treba naglasiti da ovo nipošto nije trivijalan zaključak, jer se ovako široki režim kvantne tekućine virova nikad ne uočava u konvencionalnim supravodičima koji imaju male vrijednosti Tc. Stoga bi ovi rezultati mogli postati ključ za razumijevanje ovog egzotičnog i vrlo rijetkog stanja u nekonvencionalnim supravodičima.

Figure 2. Evolution of the quantum vortex liquid regime with S and Te composition x in FeSe1-xSx and FeSe1-xTex. Vertical dotted lines marked xc represent the boundaries of the nematic phase. Violet symbols represent the strength of the quantum vortex liquid Hm(0)/Hc2(0) (left axis), and green dashed line represents the superconducting transition temperature Tc (right axis). The correlation between Hm(0)/Hc2(0) and Tc is obvious, implying that the quantum vortex liquid regime is the most pronounced wherever superconductivity is the weakest.

Slika 2. Evolucija režima kvantne tekućine virova sa S i Te kompozicijom x u FeSe1-xSx i FeSe1-xTex. Vertikalne točkaste linije s oznakom xc predstavljaju granice nematične faze. Ljubičasti simboli predstavljaju jakost kvantne tekućine virova Hm(0)/Hc2(0) (lijeva skala), a crtkana zelena linija predstavlja kritičnu temperaturu supravodljivog prijelaza Tc (desna skala). Korelacija između Hm(0)/Hc2(0) i Tc je očita, pokazujući da je režim kvantne tekućine virova najizraženiji ondje gdje je sama supravodljivost najslabija.

IF Ⓒ 2017