Расположение атомных ядер и связывающих электронов в материале определяется его кристаллической структурой. Однако электроны дополнительно обладают электромагнитным угловым моментом, называемым спином. Когда в материале связываются многие спины, могут образовываться электромагнитные возмущения с преимущественной ориентацией, создавая так называемые нематические фазы.
Многие исследователи видят ключ к пониманию явления высокотемпературной сверхпроводимости в этих нематических фазах.Спин-динамика или эффект допинга?Группа ученых обнаружила микроскопические примеси во время исследований под сканирующим туннельным микроскопом.
Таким образом, они подозревали, что эти примеси были ответственны за образование нематических фаз — аналог кремния, где легирование мельчайшими примесями вызывает электропроводность.Доктор Джитаэ Парк, ученый из Technische Universitaet Muenchen (TUM), и его коллеги из Пекинской национальной лаборатории физики конденсированных сред и факультета физики и астрономии Университета Райса в Хьюстоне / Техас показали, что это не так. Дело в том, что скорее действует совершенно другой эффект.Используя трехосевой спектрометр PUMA в Центре Хайнца Майера-Лейбница в Гархинге (Германия), они исследовали образцы железистого высокотемпературного сверхпроводника, легированного небольшим количеством никеля, при различных температурах.
Ученые доказали, что образование нематических фаз не имеет прямого отношения к легированию никелем.Коллективные движения электронных спинов, напротив, сильно влияют на образование нематических фаз.
Они образуются при температурах, значительно превышающих температуры перехода. В тот момент, когда сверхпроводящий эффект достигает максимума, нематическая фаза полностью исчезает.«С помощью нашего эксперимента мы показали, что образование нематических фаз не связано с эффектами легирования, а скорее является результатом внезапных изменений предпочтительного направления движения электронных спинов», — объясняет Джитаэ Парк, проводивший эксперимент. в исследовательском нейтронном источнике FRM II в Техническом университете Мюнхена. «Теперь исследователи смогут сосредоточить свои будущие исследования на взаимосвязи между динамикой спина в нематических фазах и высокотемпературной сверхпроводимостью».
Эффективный экспериментальный дизайнЭксперименты по нейтронному рассеянию в области магнетизма чрезвычайно сложны, поскольку обычно требуют проведения многочисленных экспериментов на различных нейтронных источниках по всему миру для получения полного набора данных. В этом случае данные измерений были собраны в серии тщательно спланированных экспериментов на приборе PUMA за рекордное время всего за четыре недели.Эксперимент также представлял особую проблему, потому что исследователи могли использовать только очень маленькие кристаллы.
Ученые выбрали пниктид железа, соединение железа, бария и мышьяка, которое они легировали небольшим количеством никеля. Однако в нормальных условиях этот материал образует кристаллы-двойники, которые не позволяют измерять нематические фазы.«Формирование двойных кристаллов можно подавить, оказывая давление, — говорит Джитаэ Парк, — но в результате мы могли использовать только очень маленькие кристаллы».
Таким образом, исследователи решили провести эксперимент на исследовательском нейтронном источнике FRM II в Гархинге из-за очень высокого потока нейтронов.Исследование финансировалось Китайской академией наук, Министерством науки и технологий Китая, Национальным фондом естественных наук Китая (NSFC), Национальным научным фондом США, Фондом Роберта А. Велча и немцем Александром фон Гумбольдтом.
Фонд.