Fig.1 La dispersión de rayos X inelástica resonante revela plasmones acústicos asociados con átomos de oxígeno en superconductores de cuprato en capas dopadas con agujeros. Crédito:Fuente de luz de diamante
El Dr. Ke-Jin Zhou y su equipo han confirmado ahora la presencia de plasmones acústicos en superconductores de cuprato de tipo p (dopados con orificios) utilizando RIXS (Dispersión de rayos X inelástica resonante) de alta resolución, en la línea de luz I21 de Diamond Light Source. Este descubrimiento descrito en su artículo recientemente publicado en Cartas de revisión física abre nuevas oportunidades para estudiar y comprender estas excitaciones de carga colectiva y su papel en la superconductividad. Esto puede hacer posible diseñar superconductores de muy alta temperatura, que se prestan a aplicaciones prácticas como la transmisión de energía de alta eficiencia.
Los superconductores de cuprato son una familia de compuestos cerámicos en los que se intercalan bloques aislantes entre capas de átomos de cobre y oxígeno. Cuando está dopado con átomos adecuados, estos materiales se convierten en superconductores, es decir, la resistividad eléctrica cae a cero por debajo de las temperaturas críticas. Los científicos se esfuerzan constantemente por diseñar superconductores que puedan funcionar a temperatura ambiente. Sin embargo, esto requiere una comprensión más completa de cómo se comportan colectivamente las cargas dopadas.
Científico principal de Beamline en Diamond, e investigador principal, El Dr. Ke-Jin Zhou explica que en 2018, investigadores de la Universidad de Stanford que utilizan RIXS en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF), finalmente hizo un gran avance y detectó plasmones acústicos, un tipo de excitaciones de carga colectiva, en un superconductor de cuprato de tipo n (dopado con electrones) 1 . Debido a su sensibilidad de carga, RIXS es la herramienta perfecta para estudiar el comportamiento de las cargas colectivas. Ofrece una imagen mucho más completa que (por ejemplo) la dispersión de neutrones inelástica, dispersión óptica Raman o espectroscopia de pérdida de energía electrónica. Los investigadores de Stanford investigaron el cuprato dopado con electrones LCCO (óxido de cobre y cerio de lantano), usando Cu L 3 -RIXS, que se centra en los átomos de cobre.
Usando RIXS en Diamond, en 2020, el equipo confirmó la presencia de plasmones acústicos en superconductores de cuprato dopados con orificios de tipo p y que están asociados principalmente con los átomos de oxígeno. "Estos son resultados notables. Parece que las excitaciones de carga colectiva tienen una fuerte preferencia en el espacio, a pesar de que las cargas asociadas con los átomos de Cu y O están fuertemente hibridadas entre sí. Comprender esto puede ayudarnos a aclarar el estado fundamental de los superconductores de cuprato, ", dice el autor principal, el Dr. Abhishek Nag.
No hay muchos cupratos de tipo n, y tienen temperaturas críticas relativamente bajas. Esto significa que ofrecen oportunidades limitadas para los investigadores que desean explorar cómo cambia este comportamiento colectivo con la temperatura. Hay una mayor cantidad de cupratos de tipo p (dopados con orificios), y generalmente tienen temperaturas de transición más altas. Encontrar plasmones acústicos en cupratos de tipo p aclara su presencia universal, independientemente del signo de las cargas dopadas en los superconductores de cuprato, y también abre nuevas vías para la investigación.
Fig. 2. Línea de luz I21 RIXS en Diamond Light Source, REINO UNIDO, cuya nueva capacidad de rotación continua del espectrómetro ha llevado a este descubrimiento. Crédito:Fuente de luz de diamante
El estudio no se limita a los cupratos. RIXS también podría arrojar luz sobre el comportamiento del plasmón en otros superconductores en capas, incluidos los pnictidos de hierro y los superconductores de niquelato recién descubiertos.
"El objetivo de esta investigación es mejorar nuestra comprensión fundamental del mecanismo a través del cual se produce la superconductividad. Dado que ahora sabemos que los plasmones acústicos están presentes en los superconductores de cupratos de tipo n y p, y las rutas específicas para estudiarlas en cada tipo, podemos centrarnos en averiguar si juegan algún papel en la superconductividad. Esto puede, Sucesivamente, permiten diseñar superconductores de muy alta temperatura, que se prestan a aplicaciones prácticas como la transmisión de energía de alta eficiencia, "agrega el Dr. Ke-Jin Zhou.
El equipo dice que el trabajo informado solo marca el comienzo de la investigación de plasmones en superconductores. Planean continuar usando RIXS para explorar plasmones acústicos en superconductores de cuprato, investigando diferentes materiales, y diferentes niveles de dopaje, en un rango de temperaturas por encima y por debajo de la temperatura crítica.
El estudio detalla cómo demostraron la existencia de plasmones acústicos de baja frecuencia fuertemente dispersivos en un extenso O K -Estudio RIXS de dos materiales de cuprato de tipo p representativos:La 1,84 Sr 0,16 CuO 4 (LSCO) y Bi 2 Sr 1,6 La 0.4 CuO 6 + δ (Bi2201). Sus resultados muestran que la naturaleza de los plasmones acústicos es similar en los cupratos con diferentes tipos de cargas dopadas.
El artículo titulado "La naturaleza de las excitaciones de plasmones en superconductores de cuprato dopados con huecos" se publica en Cartas de revisión física .
