Unkonventionelle Supraleiter sind Materialien, die Supraleitfähigkeit zeigen, die sich entweder der herkömmlichen BCS Theorie oder der Theorie von Nikolay Bogolyubov oder seinen Erweiterungen nicht anpasst.

Der erste unkonventionelle Unterhemd-D-Welle-Supraleiter, CeCuSi, ein Typ von

schweres fermion Metall, wurde 1978 von Frank Steglich entdeckt. Am Anfang der achtziger Jahre wurden noch viele unkonventionelle, schwere fermion Supraleiter, einschließlich UBe, UPt und URuSi entdeckt. In jedem dieser Materialien wird die anisotropic Natur der Paarung durch die mit der Machtgesetzabhängigkeit der Entspannungsrate der Kernkernspinresonanz (NMR) und spezifischen Hitzekapazität auf der Temperatur hineingezogen. Die Anwesenheit von Knoten in der Superleiten-Lücke von UPt wurde 1986 von der Polarisationsabhängigkeit der Ultraschall-Verdünnung bestätigt.

Der erste unkonventionelle Drilling-Supraleiter, organisches Material (TMTSF) PF, wurde von Denis Jerome und Klaus Bechgaard 1979 entdeckt. Neue experimentelle Arbeiten von den Gruppen von Paul Chaikin und Michael Naughtons sowie theoretische Analyse ihrer Daten durch Andrei Lebed haben unkonventionelle Natur fest bestätigt, Paarung in (TMTSF) X (X=PF, ClO, usw.) organische Materialien superzuführen.

Hoch-Temperaturunterhemd-D-Welle-Supraleitfähigkeit wurde von J.G. Bednorz und K.A. Müller 1986 entdeckt, der entdeckt hat, dass der Lanthan-basierte cuprate perovskite materieller LaBaCuO Supraleitfähigkeit bei einer kritischen Temperatur (T) von etwa 35 K (-238 Grad Celsius) entwickelt. Das ist ganz über der höchsten kritischen Temperatur bekannt zurzeit (T = 23 K), und so wurde die neue Familie von Materialien Hoch-Temperatursupraleiter genannt. Bednorz und Müller haben den Nobelpreis in der Physik für diese Entdeckung 1987 erhalten. Seitdem sind viele andere Hoch-Temperatursupraleiter synthetisiert worden. Schon in 1987 wurde die Supraleitfähigkeit über 77 K, dem Siedepunkt des Stickstoffs, erreicht. Das ist aus dem Gesichtswinkel von den technologischen Anwendungen der Supraleitfähigkeit hoch bedeutend, weil flüssiger Stickstoff viel weniger teuer ist als flüssiges Helium, das erforderlich ist, herkömmliche Supraleiter zu ihrer kritischen Temperatur abzukühlen. Die aktuelle kritische Rekordtemperatur ist über T = 133 K (140 °C) am Standarddruck, und etwas höhere kritische Temperaturen können am Hochdruck erreicht werden. Dennoch zurzeit wird es unwahrscheinlich betrachtet, dass cuprate perovskite Materialien Raumtemperatursupraleitfähigkeit erreichen wird.

Andererseits in den letzten Jahren sind andere unkonventionelle Supraleiter entdeckt worden. Diese schließen einige ein, die bei hohen Temperaturen, wie das Strontium ruthenate Oxydzusammensetzungen nicht superführen, aber dass, wie die Hoch-Temperatursupraleiter, auf andere Weisen unkonventionell sind (zum Beispiel, kann der Ursprung der attraktiven Kraft, die zur Bildung von Paaren von Cooper führt, von demjenigen verschieden sein, der in der BCS Theorie verlangt ist). Zusätzlich dazu Supraleiter, die ungewöhnlich hohe Werte von T haben, aber die nicht cuprate sind, sind perovskites entdeckt worden. Einige von ihnen können äußerste Beispiele von herkömmlichen Supraleitern sein (das wird von Magnesium diboride, MgB, mit T = 39 K verdächtigt). Andere zeigen mehr unkonventionelle Eigenschaften.

2008 wurde eine neue Klasse (layered oxypnictide Supraleiter), zum Beispiel LaOFeAs, entdeckt, die Kupfer nicht einschließen. Ein oxypnictide des Samariums scheint, einen T von ungefähr 43 K zu haben, der höher ist als vorausgesagt durch die BCS Theorie. Tests an bis zu 45 teslas weisen darauf hin, dass das obere kritische Feld von LaFeAsOF ungefähr 64 teslas sein kann. Einige andere eisenbasierte Supraleiter enthalten Sauerstoff nicht.

Geschichte und Fortschritt

• April 1986 - Der Begriff-Supraleiter der hohen Temperatur wurde zuerst verwendet, um die neue Familie von cuprate-perovskite keramischen Materialien zu benennen, die von Johannes Georg Bednorz und Karl Alexander Müller entdeckt sind, für den sie den Nobelpreis in der Physik im nächsten Jahr gewonnen haben. Ihre Entdeckung des ersten Hoch-Temperatursupraleiters, LaBaCuO, mit einer Übergangstemperatur von 35 K, hat große Aufregung erzeugt.
• LSCO (LaSrCuO) hat dasselbe Jahr entdeckt.
• Januar 1987 - wie man entdeckte, hatte YBCO einen T von 90 K.
• 1988 - BSCCO hat mit T bis zu 107 K und TBCCO (T=thallium) entdeckt entdeckt, T von 125 K zu haben.
• , der Hoch-Temperatursupraleiter (am umgebenden Druck) ist Quecksilberbarium-Kalzium-Kupferoxid (HgBaCaCuO) an 138 K und wird durch ein cuprate-perovskite Material, vielleicht 164 K unter dem Hochdruck gehalten.
• Kürzlich sind andere unkonventionelle Supraleiter, die nicht auf der cuprate Struktur gestützt sind, entdeckt worden. Einige haben ungewöhnlich hohe Werte der kritischen Temperatur, T, und folglich werden sie manchmal auch Hoch-Temperatursupraleiter genannt.

Nach mehr als zwanzig Jahren der intensiven Forschung ist der Ursprung der Hoch-Temperatursupraleitfähigkeit noch immer nicht klar, aber es scheint, dass statt Elektron-Phonon-Anziehungskraft-Mechanismen, als in der herkömmlichen Supraleitfähigkeit, man sich mit echten elektronischen Mechanismen (z.B durch antimagnetische Korrelationen), und statt der S-Welle-Paarung befasst, sind D-Wellen wesentlich.

Eine Absicht dieser ganzen Forschung ist Raumtemperatursupraleitfähigkeit.

Beispiele

Beispiele von hohen-T cuprate Supraleitern schließen LaBaCuO und YBCO ein (Yttrium-Barium-Kupferoxid), der als das erste Material berühmt ist, um Supraleitfähigkeit über dem Siedepunkt des flüssigen Stickstoffs zu erreichen.

Prozess

Perovskites werden durch das Mischen von Oxyden in stochiometrischen Mengen und dann die Heizung in einem Brennofen bei hohen Temperaturen in einer am Sauerstoff reichen Atmosphäre gemacht.

Andauernde Forschung

Die Frage dessen, wie Supraleitfähigkeit in Hoch-Temperatursupraleitern entsteht, ist eines der ungelösten Hauptprobleme der theoretischen kondensierten Sache-Physik. Der Mechanismus, der die Elektronen in diesen Kristallen veranlasst, Paare zu bilden, ist nicht bekannt.

Trotz der intensiven Forschung und vieler führt das Versprechen, eine Erklärung hat sich so weit Wissenschaftlern entzogen. Ein Grund dafür besteht darin, dass die fraglichen Materialien, multi-layered Kristalle (zum Beispiel, BSCCO) allgemein sehr kompliziert sind, das theoretische Modellieren schwierig machend.

Möglicher Mechanismus

Das am meisten umstrittene Thema in der kondensierten Sache-Physik ist der Mechanismus für die hohe-T Supraleitfähigkeit (HTS) gewesen. Es hat zwei vertretende Theorien über den HTS gegeben. Erstens ist es darauf hingewiesen worden, dass der HTS durch die antimagnetische Drehungsschwankung in einem lackierten System erscheint. Gemäß dieser Theorie sollte die zusammenpassende Welle-Funktion des HTS eine d Symmetrie haben. So, ob die Symmetrie der zusammenpassenden Welle-Funktion die d Symmetrie oder nicht ist notwendig ist, um auf dem Mechanismus des HTS in der Rücksicht auf die Drehungsschwankung zu demonstrieren. D. h. wenn HTS-Ordnungsparameter (Welle-Funktion paarweise anordnend), d Symmetrie nicht hat, dann kann ein zusammenpassender mit der Drehungsschwankung verbundener Mechanismus ausgeschlossen werden. Zweitens gab es das Zwischenschicht-Kopplungsmodell, gemäß dem eine layered Struktur, die aus dem BCS-Typ (s Symmetrie) besteht, Supraleiter die Supraleitfähigkeit allein erhöhen kann. Durch das Einführen einer zusätzlichen tunneling Wechselwirkung zwischen jeder Schicht hat dieses Modell erfolgreich die anisotropic Symmetrie des Ordnungsparameters im HTS sowie dem Erscheinen des HTS erklärt. So, um dieses unerledigte Problem zu beheben, hat es zahlreiche Experimente wie Photoelektronspektroskopie, NMR, spezifisches Hitzemaß usw. gegeben. Leider waren die Ergebnisse zweideutig, wo einige Berichte die d Symmetrie für den HTS unterstützt haben, aber andere haben die s Symmetrie unterstützt. Diese schlammige Situation ist vielleicht aus der indirekten Natur der experimentellen Beweise, sowie experimentellen Probleme wie Beispielqualität, das Unreinheitszerstreuen, twinning usw. entstanden.

Frühere Studien auf der Symmetrie des HTS bestellen Parameter

Die Symmetrie des HTS-Ordnungsparameters ist in Kernkernspinresonanz-Maßen und, mehr kürzlich, durch die winkelaufgelöste Photoemission und Maße der Mikrowellendurchdringen-Tiefe in einem HTS Kristall studiert worden. NMR Maße untersuchen das lokale magnetische Feld um ein Atom und widerspiegeln folglich die Empfänglichkeit des Materials. Sie sind von speziellem Interesse für die HTS Materialien gewesen, weil sich viele Forscher gefragt haben, ob Drehungskorrelationen eine Rolle im Mechanismus des HTS spielen könnten.

NMR Maße der Klangfülle-Frequenz auf YBCO haben angezeigt, dass Elektronen in den Kupferoxid-Supraleitern in Drehungsunterhemd-Staaten paarweise angeordnet werden. Diese Anzeige ist aus dem Verhalten der Ritter-Verschiebung, die Frequenzverschiebung gekommen, die vorkommt, wenn das innere Feld vom angewandten Feld verschieden ist: In einem normalen Metall richten sich die magnetischen Momente der Leitungselektronen in der Nachbarschaft des Ions, das wird untersucht, auf das angewandte Feld aus und schaffen ein größeres inneres Feld. Als diese Metalle gehen superführend, paaren sich Elektronen mit entgegengesetzt geleiteten Drehungen, um Unterhemd-Staaten zu bilden. Im anisotropic HTS vielleicht haben NMR Maße gefunden, dass die Entspannungsquote für Kupfer von der Richtung des angewandten statischen magnetischen Feldes mit der Rate abhängt, die höher ist, wenn das statische Feld zu einer der Äxte im Kupferoxid-Flugzeug parallel ist. Während diese Beobachtung durch eine Gruppe die d Symmetrie des HTS unterstützt hat, konnten andere Gruppen nicht es beobachten.

Außerdem durch das Messen der Durchdringen-Tiefe kann die Symmetrie des HTS-Ordnungsparameters studiert werden. Die Mikrowellendurchdringen-Tiefe wird durch die superflüssige Dichte bestimmt, die dafür verantwortlich ist, das Außenfeld zu schirmen. In der s Welle geht BCS Theorie, weil Paare über die Lücke Δ, die Änderung in der superflüssigen Dichte pro Einheitsänderung in der Temperatur thermisch aufgeregt sein können, als Exponentialverhalten, exp (-Δ/kT). In diesem Fall ändert sich die Durchdringen-Tiefe auch exponential mit der Temperatur T. Wenn es Knoten in der Energielücke als in der d Symmetrie HTS gibt, kann Elektronpaar leichter gebrochen werden, die superflüssige Dichte sollte eine stärkere Temperaturabhängigkeit haben, und, wie man erwartet, nimmt die Durchdringen-Tiefe als eine Macht von T bei niedrigen Temperaturen zu. Wenn die Symmetrie besonders d dann ist, sollte sich die Durchdringen-Tiefe geradlinig mit T bei niedrigen Temperaturen ändern. Leider gab es keine Einigkeit unter Forschern mit diesen Durchdringen-Tiefe-Experimenten.

Photoemissionsspektroskopie konnte auch Auskunft über die HTS Symmetrie geben. Indem man Fotonen von Elektronen im Kristall streut, kann man Probe die Energiespektren der Elektronen. Weil die Technik zum Winkel der ausgestrahlten Elektronen empfindlich ist, kann man das Spektrum für verschiedene Welle-Vektoren auf der Oberfläche von Fermi bestimmen. Jedoch, innerhalb der Entschlossenheit der winkelaufgelösten Photoemissionsspektroskopie (ARPES), konnten Forscher nicht erzählen, ob die Lücke zur Null geht oder gerade sehr klein wird. Außerdem sind ARPES nur zum Umfang und nicht zum Zeichen der Lücke empfindlich, so konnte es nicht erzählen, ob die Lücke negativ an einem Punkt geht. Das bedeutet, dass ARPES nicht bestimmen kann, ob der HTS-Ordnungsparameter die d Symmetrie hat oder nicht.

Verbindungspunkt-Experiment, das die d Symmetrie unterstützt

Es gab einen klugen Versuchsplan, um die schlammige Situation zu überwinden. Ein Experiment, das auf dem Fluss quantization eines Drei-Körner-Rings von YBaCuO (YBCO) gestützt ist, wurde vorgeschlagen, um die Symmetrie des Ordnungsparameters im HTS zu prüfen. Die Symmetrie des Ordnungsparameters konnte am besten an der Verbindungspunkt-Schnittstelle als der Paar-Tunnel von Cooper über einen Verbindungspunkt von Josephson oder schwache Verbindung untersucht werden. Es wurde erwartet, dass nur für einen Verbindungspunkt von d Symmetrie-Supraleitern dort ein Fluss der halbganzen Zahl, d. h. eine spontane Magnetisierung vorkommen konnte. Jedoch, selbst wenn das Verbindungspunkt-Experiment die stärkste Methode ist, die Symmetrie des HTS-Ordnungsparameters zu bestimmen, hat es zweideutige Ergebnisse der Verbindungspunkt-Experimente gegeben. J. R. Kirtley und C. C. Tsuei haben gedacht, dass die zweideutigen Ergebnisse aus dem Defekt innerhalb des HTS gekommen sind, so dass sie das Experiment entworfen haben, wo beide der sauberen Grenze (kein Defekt) und schmutzigen Grenze (Maximum von Defekten) gleichzeitig betrachtet wurden. Im Experiment wurde die spontane Magnetisierung klar in YBCO beobachtet, der absolut die d Symmetrie des Ordnungsparameters in YBCO unterstützt hat. Weil YBCO orthorhombic ist, könnte er eine Mischung der s Symmetrie von Natur aus haben. Also, indem sie ihre Technik weiter abgestimmt haben, haben sie gefunden, dass es eine Mischung der s Symmetrie in YBCO innerhalb von ungefähr 3 % gab. Außerdem haben sie gefunden, dass es eine reine D-Ordnungsparameter-Symmetrie in tetragonal TlBaCuO gab.