Cơ chế mới cho sự siêu dẫn ở những chất siêu dẫn gốc sắt

Hiệp Khách Quậy Một đội nghiên cứu tại RIKEN, tổ chức nghiên cứu đầu tàu của Nhật Bản đã xác định bằng thực nghiệm cơ chế nền tảng của sự hình thành các cặp electron ở những chất siêu dẫn nhiệt độ cao gốc sắt. Kết quả công bố trên số ra ngày 23 tháng 4 của tạp chí Science đã thiết lập một vai trò quan trọng cho từ học... Xin mời đọc tiếp.

Một đội nghiên cứu tại RIKEN, tổ chức nghiên cứu đầu tàu của Nhật Bản đã xác định bằng thực nghiệm cơ chế nền tảng của sự hình thành các cặp electron ở những chất siêu dẫn nhiệt độ cao gốc sắt. Kết quả công bố trên số ra ngày 23 tháng 4 của tạp chí Science đã thiết lập một vai trò quan trọng cho từ học trong sự siêu dẫn.

alt
Các sóng dừng điện tử trong Fe(Se,Te) chụp bằng kính hiển vi quét chui hầm. Các sóng dừng điện tử được chụp ảnh dưới dạng những sọc ngang và thẳng đứng đều đặn chồng lên trên một phông nền không đồng đều (cột bên trái). Sử dụng một kĩ thuật toán học gọi là biến đổi Fourier, các sóng dừng có thể phân tích thành các thành phần (cột bên phải). Các đốm sáng trong bản đồ Fourier, biểu diễn sự tán xạ với những đặc trưng riêng biệt, biểu hiện sự phụ thuộc mạnh vào từ trường.

Theo lí thuyết cổ điển, sự siêu dẫn xảy ra khi hai electron liên kết với nhau, tạo nên một cặp, gọi là cặp Cooper, bởi những dao động mạng. Tuy nhiên, cơ chế ghép cặp này chưa từng được xác nhận đối với các chất siêu dẫn nhiệt độ cao, những chất có nhiệt độ chuyển pha nằm cao hơn giới hạn lí thuyết khoảng 40 K, điều bí ẩn đối với các nhà vật lí vật chất ngưng tụ.

Các chất siêu dẫn gốc sắt mà đội khoa học trên nghiên cứu, lần đầu tiên được phát hiện ra vào năm 2008 bởi các nhà nghiên cứu người Nhật, mang lại cơ hội tốt nhất cho việc đi tìm lời giải cho câu hỏi khó này. Với một nhiệt độ chuyển pha cực đại 55K, những chất siêu dẫn này bị chi phối bởi một cơ chế ghép cặp electron khác với những chất siêu dẫn trước đây được trung chuyển bởi những dao động mạng, dựa trên hai loại electron có xung lượng khác nhau.

alt
Từ trường gây ra sự thay đổi cường độ của các sóng dừng điện tử chứng minh cho cấu trúc “sóng s±”. Khi thiết lập từ trường, ở đó xuất hiện hai loại đốm; một được trường tăng cường (màu xanh) và một bị trường làm lu mờ đi (màu đỏ). Hành trạng này là bằng chứng của cấu trúc “sóng s±” của các cặp Cooper, đề xuất một cơ chế ghép cặp liên quan đến từ học.

Để phân tích cơ chế ghép cặp phức tạp này, các nhà nghiên cứu áp dụng kĩ thuật hiển vi quét chui hầm cho sự ghép cặp electron ở Fe(Se, Te), chất siêu dẫn gốc sắt có cấu trúc tinh thể đơn giản nhất. Ghi ảnh các sóng dừng điện tử gây ra bằng cách làm tán xạ sự giao thoa dưới một từ trường mạnh 10 Tesla, họ nhận thấy các cặp Cooper chọn một cấu trúc “sóng s±” đặc trưng là độc nhất vô nhị đối với một chất liệu có hai loại electron.

Việc khám phá ra cấu trúc s± lập nên cơ sở mới bởi sự ủng hộ một cơ chế ghép cặp electron không dựa trên những dao động mạng, như trong những dạng siêu dẫn khác, mà dựa trên từ học. Ngoài việc mang lại một ràng buộc mạnh đối với các mô hình lí thuyết, kết quả trên, do đó, còn đánh dấu một tiến bộ quan trọng hướng đến việc hé lộ bí ẩn của sự siêu dẫn nhiệt độ cao.

Theo PhysOrg.com

Mời đọc thêm