(Arriba) La figura muestra la transformación de la estructura de perovskita Nd1-xSrxNiO3 en la estructura de capas infinitas Nd1-xSrxNiO2 usando hidruro de calcio (CaH2). (Abajo) La figura muestra la imagen de microscopía electrónica de transmisión de barrido de campo oscuro anular de alto ángulo (HAADF-STEM) y el diagrama de fase de películas de Nd1-xSrxNiO2 de capa infinita sobre sustrato monocristalino de SrTiO3. El Tc90% R y Tc10% R se definen como la temperatura a la que la resistividad cae al 90% y al 10% del valor a 15 K (el inicio de la superconductividad) respectivamente. El recuadro en la esquina superior izquierda del gráfico es la vista ampliada de la región del domo superconductor. TH muestra la temperatura a la que la mayoría de los portadores de carga cambian de electrones a huecos. Crédito:Cartas de revisión física
Los físicos de NUS han desarrollado un método para inducir la transición de un niquelato de tierras raras de su forma nativa de perovskita a estructuras de capas infinitas. Esto les permitió construir un diagrama de fase completo de este superconductor de niquelato.
Un superconductor es un sistema material que puede conducir corriente eléctrica con resistencia cero cuando se vuelve más frío que una "temperatura crítica, "conocida como la temperatura de transición superconductora T C . Los superconductores convencionales suelen tener una T C por debajo del límite de alrededor de 30 K (268 grados por debajo de la temperatura ambiente) previsto según la teoría de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS). Esto limita el uso de dispositivos superconductores en nuestra vida diaria. Por décadas, los investigadores han estado tratando de impulsar este T C más alto sintetizando nuevos materiales. También es importante comprender el mecanismo físico. La llamada superconductividad de alta temperatura en compuestos que contienen capas de óxido de cobre (conocidos como cupratos), con T C por encima del límite de BCS y posteriormente por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido (77 K), fue descubierto a finales de los 80. Desde entonces, la T C ha estado estancada y, aunque se han obtenido importantes resultados de investigación, el origen y mecanismo de la alta T C la superconductividad sigue siendo un misterio. Una nueva familia de superconductores con una estructura electrónica y cristalina similar a la del cuprato es uno de los caminos en la búsqueda de una T potencialmente más alta C materiales y comprender el mecanismo subyacente de alta T C superconductividad.
Recientemente, los investigadores han descubierto la presencia de superconductividad en compuestos de niquelato de tierras raras, un análogo del cuprato. Estudiar este análogo de cuprato podría conducir a una mejor comprensión de la superconductividad de alta temperatura, y la posibilidad de predecir, diseñar y sintetizar mayor T C superconductores. Sin embargo, Se hizo evidente que los superconductores de niquelato son más difíciles de producir de lo que se pensaba inicialmente. Nueve meses después de este descubrimiento, un equipo de investigación liderado por el Prof. ARIANDO del Departamento de Física, NUS, se convirtió en el primer grupo en reproducir este resultado. Más importante, desarrollaron con éxito el diagrama de fase del superconductor de niquelato.
Lograr esto, El grupo del profesor ARIANDO desarrolló una técnica de reducción topotáctica para transformar películas delgadas de niquelato de tierras raras (NdNiO 2 ) de su forma cristalina habitual de perovskita a una nueva forma estructural dopada, conocidas como estructuras de capa infinita. En este material, La superconductividad surge cuando el compuesto de niquelato está dopado con impurezas de estroncio (Sr) y existe en su forma estructural de capa infinita. La técnica permitió al equipo de investigación estudiar la superconductividad en función del dopaje. Construyeron el diagrama de fases para este sistema de materiales, y encontró la presencia de una región de cúpula superconductora (T dependiente del dopaje C ) y régimen de aislamiento débil por el lado de la cúpula (Ver Figura).
En sus experimentos, Los investigadores utilizaron una técnica de deposición de láser pulsado para sintetizar Nd de nicquelato dopado con Sr 1-x Sr X NiO 3 películas delgadas sobre titanato de estroncio (SrTiO 3 ) sustratos. La película delgada recién crecida, junto con un reactivo, hidruro de calcio (CaH 2 ), se puso en una cámara de vacío para inducir una reacción de reducción. Durante el proceso de reducción, el átomo de oxígeno apical en el NiO 6 se elimina el octaedro. Esto hace que la perovskita Nd 1-x Sr X NiO 3 para transformarse en el Nd de capa infinita 1-x Sr X NiO 2 . Los investigadores aplicaron diferentes niveles de concentraciones de dopaje de Sr y encontraron que la superconductividad aparece en la capa infinita de Nd 1-x Sr X NiO 2 cuando la composición de Sr está entre x =0,135 y 0,235. Esto forma una región en forma de cúpula superconductora. Más interesante aún, encontraron que además de la región superconductora, Se puede observar un comportamiento débilmente aislante a bajas temperaturas. Este comportamiento único es diferente de otros de alta T C sistemas de materiales como cupratos.
El profesor Ariando dijo:"Al introducir impurezas adecuadas en el compuesto original aislante, el sistema de material de niquelato puede exhibir alta T C superconductividad. Nuestros hallazgos pueden proporcionar más información para comprender mejor las propiedades dependientes del dopaje en estos sistemas de materiales y para buscar otros materiales superconductores en la 'familia del níquel' ".
