Der Forschungsgegenstand gehört zur Klasse der Supraleiter, die supraleitend werden, wenn
Diese sogenannten HochtemperaturenSupraleiter sind noch nicht vollständig verstanden. "Ihre mikroskopischen Anregungen und Dynamiken sind notwendig, um die Supraleitung zu verstehen, aber nach 30 Jahren Forschung bleiben noch viele Fragen offen", sagt Riccardo Comin, Assistenzprofessor für Physik am MIT.
Im Jahr 2015 entdeckten Wissenschaftler eine neue ArtHochtemperatursupraleiter: Eine nur eine Atomschicht dicke Eisenselenidschicht, die bei einer Temperatur von -208,15 Grad Celsius supraleitend sein kann. Im Gegensatz dazu sind massive Proben des gleichen Materials supraleitend bei einer viel niedrigeren Temperatur (-265,15 Grad Celsius). Die Entdeckung löste eine Reihe von Untersuchungen aus.
In einem gewöhnlichen Metall verhalten sich Elektronen genausowie Individuen, die in einem Raum tanzen. In einem supraleitenden Metall bewegen sich Elektronen paarweise wie Paare in einem Tanz. Und all diese Paare bewegen sich im Einklang, als wären sie Teil der Quantenchoreografie, was letztendlich zur Schaffung einer Art elektronischem Superfluid führte.
Wissenschaftler wissen das schon langeIn Supraleitern wird der "Klebstoff", der Elektronen zusammenhält, durch die Bewegung von Atomen innerhalb des Materials gebildet. "Wenn Sie sich einen festen Sitz auf einem Tisch ansehen, sieht es so aus, als würde er nichts tun", sagt Comin. Im Nanobereich passiert jedoch viel. In diesem Material fliegen Elektronen in alle möglichen Richtungen und Atome rasseln; sie vibrieren. In herkömmlichen Supraleitern nutzen Elektronen die in der Bewegung eines Atoms gespeicherte Energie, um Paare zu bilden.
Der "Kleber" hinter der Bindung von Elektronen inHochtemperatursupraleiter, andere. Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass es mit einer bestimmten Eigenschaft von Elektronen verbunden ist - Spin. "Rotation kann als elementarer Magnet angesehen werden", sagt Jonathan Pelliciari, Assistent des Physikers am Brookhaven National Laboratory. Die Idee ist, dass in einem Hochtemperatursupraleiter Elektronen einen Teil der Energie aus diesen Spins entnehmen können. Und diese Energie ist der "Kleber", mit dem sie ein Paar bilden.
Bis jetzt dachten die meisten Physiker dasEs ist unmöglich, Spinanregungen in einem Material zu erfassen oder zu messen, das nur eine Atomschicht dick ist. Die Physiker entdeckten jedoch nicht nur Spinanregungen, sondern zeigten unter anderem auch, dass sich die Spin-Dynamik in einer ultradünnen Probe drastisch von der Spin-Dynamik in einer massiven Probe unterscheidet. Insbesondere war die Energie der schwankenden Spins in der ultradünnen Probe viel höher - vier- oder fünfmal - als die Energie der Spins in der Bulk-Probe. Für die Studie wurde ein Instrument zur resonanten inelastischen Röntgenstreuung (RIXS) verwendet.
"Dies ist der erste experimentelle Beweis für Spinanregungen in einem atomar dünnen Material", sagt Pelliciari.
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