Mais de uma década atrás, pesquisadores descobriram que quando adicionaram boro à estrutura de carbono do diamante, a combinação era supercondutiva. Desde então, crescente interesse foi gerado na compreensão dessas propriedades supercondutoras.
Com este interesse, um grupo de pesquisa na Índia focou em uma ressonância Fano em um diamante fortemente dopado com boro (BDD) que envolve o modo vibracional do diamante. Os pesquisadores, do Instituto Indiano de Tecnologia Madras, relatar suas descobertas esta semana em Cartas de Física Aplicada .
Ao sondar as propriedades vibracionais dos filmes BDD, os pesquisadores usaram o espalhamento Raman e apresentaram uma análise abrangente do efeito Fano em função da concentração de boro e da frequência de excitação usada na medição Raman.
Efeito Fano
A ressonância Fano em um diamante pode ser vista no espalhamento Raman, que é um espalhamento ressonante de luz que envolve um fóton incidente interagindo com um modo vibracional do diamante e, no processo, mudando a energia do fóton, e, portanto, sua frequência, para cima ou para baixo pela energia do modo vibracional. Interferência entre o espalhamento de uma transição discreta como o modo vibracional do centro da zona em diamante, e de um fundo contínuo resultante da banda de impurezas induzida por boro, produz um sinal de formato assimétrico conhecido como ressonância Fano.
"A parametrização Fano é um experimento bem pensado por nós para entender a natureza da evolução da banda de impureza com dopagem de boro que leva à supercondutividade no diamante, "disse Ramachandra Rao, um co-autor do artigo. "Nosso objetivo era obter uma compreensão mais profunda da interação da luz com a banda de impurezas, variando as concentrações de boro em filmes de diamante e também usando várias excitações de laser."
"Um aumento nas concentrações de boro aumenta a largura de banda de impurezas, "disse Dinesh Kumar, o primeiro autor do artigo. "A ressonância Fano é sensível à modificação na largura de banda das impurezas provocada pelo aumento da concentração de boro no BDD."
O grupo observou atentamente a interação, estudar sistematicamente amostras pesadamente dopadas nos regimes semicondutor e supercondutor usando comprimentos de onda ultravioleta e visível das fontes de excitação de laser para a medição Raman.
A forma assimétrica da linha Fano revelou que a mudança de fase no diamante sofre uma mudança notável que pode ser ajustada pela largura de banda de impurezas ou pela frequência de espalhamento.
Atingindo uma temperatura mais alta
Os pesquisadores também queriam obter uma melhor compreensão da relação entre dopagem e supercondutividade para aprender como a temperatura de transição supercondutora em BDD pode ser aumentada.
Supercondutores não oferecem resistência elétrica ao fluxo de corrente. Para chegar a este estado, Contudo, os materiais devem estar normalmente em temperaturas extremamente baixas, perto do zero absoluto. Nos últimos 10 anos, a temperatura de transição supercondutora no diamante aumentou e agora está perto de 10 Kelvin (ou cerca de -263 graus Celsius). Isso é muito menos do que o valor teoricamente previsto de 55 K.
Embora 55 K ainda seja muito baixo para aplicações práticas, entender por que a temperatura de transição do BDD está tão abaixo do limite teórico pode fornecer insights sobre como melhorar as temperaturas de transição de outros supercondutores. O aumento da temperatura no BDD continua sendo um problema no processo de dopagem, durante o qual os pesquisadores inadvertidamente danificam a estrutura da rede do diamante.
"Devido ao forte doping com boro, a rede de diamante sofre uma transformação complexa, resultando em um aumento na desordem do sistema, o que é prejudicial para as propriedades supercondutoras. Exploramos esse problema detalhadamente ajustando a concentração de boro no presente estudo, "Disse Rao.
