Ännu märkligare ”strange metal” i högtemperatursupraledare
Av Emelie Werme
Forskare från Chalmers har upptäckt ett nytt häpnadsväckande beteende hos strange metal - tillståndet i högtemperaturssupraledare. Iakttagelsen är viktig för att kunna förstå materialen.
I en supraledning transporteras elektrisk ström utan några energiförluster. För exempelvis grön teknik är detta en viktig vetskap. Om det går att få ledningen att fungera vid tillräckligt höga temperaturer kan supraledningen göra det möjligt för effektiva transporter av förnybar energi över långa avstånd.
Idag ligger temperaturrekordet på -130 grader celcius.
Kunskaperna kring supraledningar är goda, dock finns det oklarheter kring högtemperaturssupraledning som måste redas ut. Den mest aktuella forskningen rör den egenskap där förståelsen är lägst - det så kallade strange metal-tillståndet, ett tillstånd som existerar vid temperaturer som är högre än de som möjliggör supraledning.
– Strange metal är onekligen ett passande namn, då de här materialen verkligen beter sig på ett mycket ovanligt sätt, och det är något av ett mysterium bland forskare. Vårt arbete ger en ny förståelse för fenomenet. Genom nya experiment har vi fått fram viktig ny information om hur trange metal-tillståndet fungerar, säger Floriana Lombardi, professor vid institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap på Chalmers, i ett pressmeddelande.
Namnet är passande och kom till eftersom metallens beteende när den leder elektricitet är alldeles för enkelt vid en första anblick.
I vanlig metall påverkar många olika processer det elektriska motståndet. Det innebär att det totala motståndet är en komplex funktion av temperaturen. Strange metals däremot är en linjär funktion av temperaturen. Det i sin tur innebär att det är en rak linje från de lägsta uppnåeliga temperaturerna upp till där materialet smälter.
– Ett så enkelt beteende ser ut att kräva en enkel förklaring baserad på en kraftfull princip, och för denna typ av kvantmaterial tros principen vara kvantsammanflätning, säger Ulf Gran, biträdande professor vid institutionen för fysik på Chalmers.
För att kunna förklara egenskaperna hos strange metal-tillståndet måste alla elektroner vara sammanflätade med varandra. Det blir en röra av elektroner där enskilda partiklar inte längre kan urskiljas. Det utgör en helt ny form av materia.
Den viktigaste upptäckten i forskningen är att forskarna kom på vad som slår ut strange metal-tillståndet i praktiken.
I högtemperaturssupraledare uppstår laddningsdensitetsvågor (charge density waves), vilket är krusningar av elektrisk laddning som genereras av elektronerna i materialets atomstruktur när strange metal-fasen bryts ner.
För att utforska kopplingen sattes prov i nanostorlek av den supraledande metallen yttrium-barium-kopparoxid under dragspänning för att hålla tillbaka laddningsdensitetsfrågorna. Det ledde till tillståndet återkom. Genom att forskarna drog i materialet på rätt sätt kunde de expandera tillståndet till den region som tidigare dominerades av laddningsdensitetsvågor.
Detta gjorde den konstiga metallen ännu konstigare.
– De högsta temperaturerna för de supraledande övergångarna har observerats när strange metal- fasen är mer markant. Att förstå denna nya fas av materia är därför av yttersta vikt för att kunna konstruera nya material som uppvisar supraledning vid ännu högre temperaturer, säger Florian.
Forskningen tyder på ett nära samarbete mellan uppkomsten av laddningsdensitetsvågor och nedbrytning av strange metal-tillståndet. Detta är en potentiellt viktig ledtråd för att förstå det senare fenomenet.
Fyndet kan utgöra ett tydligt bevis för när kvantmekaniska principer manifesteras på makroskopiska skalor. Forskningens resultat tyder också att man med hjälp av dragspänning kan manipulera kvantmaterial, som i sin tur kan vara en helt ny forskningsväg.
