Новая и необычная фаза материи может пролить свет на высокотемпературную сверхпроводимость

Физики, работающие в Калифорнийском технологическом институте, обнаружили новую фазу материи с весьма необычным расположением электронов, которые могли бы участвовать в создании инновационных электронных устройств с новыми функциональными возможностями. Это ранее неизвестное состояние может также помочь ответить на ряд принципиальных вопросов в области «высокотемпературной сверхпроводимости».
В многополярном исследовании ученые начинают с наблюдений электронов в связи с их положением и спиновым состоянием в кристалле. В связи с положением, известно, что электроны при определенных условиях будут выстраиваться упорядоченным, повторяющимся образом внутри материала, чтобы создать то, что называется зарядо-упорядоченной фазой. Этот тип упорядоченного размещения электронов является скалярной величиной, которая может быть описана в виде числового значения или величины заряда.
Во втором атрибуте, когда спины электронов этих же линий параллельны друг другу, мельчайшие силы, создаваемых каждым электроном в совокупности наносят на материал, в котором они находятся, ферромагнетику. Этот тип электронного расположения характеризуется спиновой величиной и направлением, так что эта спин-упорядоченная фаза описывается вектором.
Тем не менее, учеными было интересно, что эти стандарты, упорядоченные состояния, приводят к предположению о других возможных состояниях материи. Это привело к идее материи, которой не просто приписывают скалярные и векторные свойства, но и с другие аспекты размерности, например, взаимодействия в матрице.
Одна из таких гипотез, например, идея о том, что составные компоненты материи могут быть построены парами электронов с противоположными спинами.
Для того, чтобы рассмотреть такой многополярный порядок в материалах, исследовательская группа воспользовалась явлением, известным как генерация оптических гармоник. В сущности, это явление происходит со всеми электромагнитными частотами (в данном случае, светом), где целое число кратно основной частоте генерируемых.
Исследователи использовали это свойство в своих экспериментах, чтобы искать гармонические изменения прочности в ответ на изменения в симметрии кристаллического материала. При изменении многополярного порядка симметрии в очень специфических способах, которые могут быть обнаружены сравнительно легко, команда остановилась на том, что оптическая гармоника отклика материала может выступать в качестве идентификации многополярного порядка.
В частности, соединение, которое анализировали, был оксид стронций-иридия (Sr2IrO4), амальгама, принадлежащая к классу синтетических соединений, как правило, известных как иридаты. Учитывая сходство соединений меди на основе оксида (купраты), Sr2IrO4 был предметом особого интереса в физическом сообществе в последние годы. Это потому, что купраты представляют собой единственную известную группу материалов для отображения сверхпроводимости в «высоких» температурах; то есть, превышающей -173 ° C.
Так как иридаты и купраты похожи, они также показывают свойства электрически изолированных антиферромагнетиков. Достаточно большой уровень легирования электронов изменяет купраты достаточно, чтобы позволить им стать высокотемпературными сверхпроводниками, и на пути к достижению этого состояния, купраты должны перейти от фазы изолятора в сверхпроводник. В этом переходе они должны сначала пройти через фазу, которую называют псевдощелевой, где должна применяться дополнительная энергия, чтобы дальнейшие электроны могли быть удалены из материала.
В недавних исследованиях подобная псевдощелевая фаза также была замечена в Sr2IrO4, и исследователи обнаружили, что многополярный порядок, который они классифицируют, является допингм в количествах и температурных уровнях, где найдена псевдощелевая фаза.
Если новая фаза, обнаруженная в материале сможет быть лучше понята и использована, это может привести к созданию сверхпроводников, способных работать при более высоких температурах — может быть, даже приближающихся к комнатной температуре.