Φυσικοί στην Κίνα αποκάλυψαν νέα στοιχεία για την προέλευση της υπεραγωγιμότητας υψηλών θερμοκρασιών σε ένα υλικό με βάση τον σίδηρο, το οποίο έχει πάχος μόλις ενός μοριακού στρώματος. Η έρευνα, υπό την καθοδήγηση των Qi-Kun Xue και Lili Wang από το Πανεπιστήμιο Tsinghua, δείχνει ότι το φαινόμενο αναδύεται μέσα από μια εντυπωσιακή διχοτομία μεταξύ δύο ατομικών «υποπλεγμάτων» στο υλικό.
Υπεραγωγοί με βάση τον σίδηρο
Όταν ένας υπεραγωγός ψύχεται κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία του, επιτρέπει στο ηλεκτρικό ρεύμα να ρέει με μηδενική αντίσταση. Το 2012 ανακαλύφθηκε υπεραγωγιμότητα σε ένα στρώμα σεληνιούχου σιδήρου (FeSe) πάχους μόλις 0,55 nm. Ωστόσο, παρέμενε μυστήριο πώς ένα τόσο ισχυρό φαινόμενο μπορούσε να εμφανιστεί σε ένα τόσο λεπτό σύστημα.
Στο ατομικό πλέγμα του υλικού, τα άτομα σιδήρου σχηματίζουν ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο που αποτελείται από δύο συνυφασμένα υποπλέγματα. Το 2013, ο Jiangping Hu πρότεινε ότι η υπεραγωγιμότητα θα μπορούσε να προκύπτει από την αλληλεπίδραση των ηλεκτρονίων που κινούνται σε αυτά τα διαφορετικά υποπλέγματα.
Η ανακάλυψη της διχοτομίας των υποπλεγμάτων
Η ομάδα χρησιμοποίησε προηγμένες τεχνικές, όπως η μικροσκοπία σάρωσης σήραγγας (STM) και η φασματοσκοπία σάρωσης σήραγγας (STS), για να μετρήσει τις ιδιότητες κάθε υποπλέγματος ξεχωριστά. Τα αποτελέσματα έδειξαν μια σαφή αντίθεση:
- Στο ένα υποπλέγμα, οι ενεργειακές κορυφές που σχετίζονται με τις «τρύπες» (hole-like) ήταν πιο έντονες.
- Στο άλλο υποπλέγμα, η κατάσταση ήταν αντίστροφη, με τις κορυφές που σχετίζονται με τα ηλεκτρόνια (electron-like) να κυριαρχούν.
Αυτό το φαινόμενο, που ονομάστηκε «διχοτομία υποπλεγμάτων», εξαφανίζεται όταν το υλικό θερμανθεί πάνω από την κρίσιμη θερμοκρασία του.
Η προέλευση της υπεραγωγιμότητας
Η παρατηρούμενη διχοτομία εξηγείται από τη συνύπαρξη δύο καναλιών σύζευξης ηλεκτρονίων. Εκτός από τη συμβατική σύζευξη Cooper εντός της ίδιας ηλεκτρονικής ζώνης, ενεργοποιείται και ένα επιπλέον κανάλι σύζευξης μεταξύ διαφορετικών ζωνών (interband pairing).
Αυτή η ανακάλυψη επιβεβαιώνει θεωρίες που είχαν διατυπωθεί πριν από μια δεκαετία και υπογραμμίζει τον κρίσιμο ρόλο που παίζει η δομή των υποπλεγμάτων στην ασυνήθιστη υπεραγωγιμότητα. Τα ευρήματα ανοίγουν νέους δρόμους για την κατανόηση και τον σχεδιασμό υλικών που μπορούν να λειτουργήσουν ως υπεραγωγοί σε ακόμη υψηλότερες θερμοκρασίες.
