Niezwykłe LAO/STO

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Dzięki wyjątkowym możliwościom urządzenia Stanford Sychrotron Radiation Lightsource (SSRL) naukowcy rozwiązali tajemnicę niespodziewanego pojawienia się magnetyzmu w dwóch połączonych ze sobą materiałach i trafili na ślad, który może zmienić nasze rozumienie fizyki nadprzewodników.

Wspomniane właściwości magnetyczne pojawiają się po połączeniu dwóch perowskitów, z których żaden nie ma właściwości magnetycznych. Perowskity charakteryzują się bardzo interesującymi właściwościami elektrycznymi, dlatego są przedmiotem zainteresowania ze strony naukowców, którzy mają nadzieję, że np. uda się z nich wytworzyć nadprzewodnik wysokotemperaturowy. Badane w SSRL perowskity to LAO (związek lantanu, glinu i tlenu) oraz STO (związek strontu, tytanu i tlenu). Oba są izolatorami, ale gdy połączy się je razem, to na styku obu pojawia się struktura przewodząca prąd. Co więcej, po schłodzeniu do temperatury bliskiej zeru absolutnemu połączone warstwy LAO/STO działają jak nadprzewodnik. Jakby tego było mało, pojawia się magnetyzm, czyli cecha, której nie udaje się osiągnąć w żadnym z tych materiałów z osobna, nawet jeśli są one wzbogacane celowo wprowadzanymi zanieczyszczeniami.

Naukowcy chcieli dowiedzieć się, skąd biorą się właściwości magnetyczne. Wykorzystali w tym celu SSRL, który ma tę cechę, że pozwala badać konkretne atomy, np.tlenu. Dowiedliśmy, że magnetyzm pochodzi z atomów tytanu - mówi Jun-Sik Lee. Uczeni nie wiedzą, jaki mechanizm powoduje pojawienie się właściwości magnetycznych. Wpadli jednak na trop nowego intrygującego odkrycia. Właściwości magnetyczne pojawiają się, gdy atomy tytanu znajdują się w stanie podstawowym, a więc w stanie najniższej energii. Dochodzi do tego w temperaturze 10 kelwinów, czyli 10 stopni powyżej zera absolutnego. Najbardziej interygujący jest zaś fakt, że te same warunki są konieczne do uzyskania nadprzewodnictwa. To z kolei sugeruje, że LAO/STO może mieć jednocześnie właściwości magnetyczne i nadprzewodzące. To niezwykłe z punktu widzenia konwencjonalnej fizyki - mówi Lee. Współcześnie uznaje się, że pojawienie się nadprzewodnictwa jest równoznaczne ze zniesieniem pola magnetycznego.

Uczeni nie byli, niestety, w stanie zbadać magnetycznych właściwości tytanu w temperaturach na tyle niskich, by LAO/STO wykazywało właściwości nadprzewodzące. Jednak ich spostrzeżenia stanowią w pewnym stopniu potwierdzenie badań Kathryn Moler ze Stanford University, która w 2011 roku na łamach Nature Physics donosiła o jednoczesnym istnieniu właściwości nadprzewodzących i magnetycznych na styku LAO/STO.

Prace nad wysokotemperaturowymi przewodnikami to wielka, prężnie rozwijająca się dziedzina wiedzy. Uczeni na całym świecie mają nadzieję, że dzięki tego typu badaniom ludzkość będzie mogła w przyszłości tworzyć niezwykłe materiały o niespotykanych w naturze właściwościach.