Fig.1 O espalhamento inelástico de raios-X ressonante revela plasmons acústicos associados a átomos de oxigênio em supercondutores cupratos dopados em camadas. Crédito:Diamond Light Source
A presença de plasmons acústicos em supercondutores de cuprato tipo p (dopado em buraco) foi agora confirmada pelo Dr. Ke-Jin Zhou e sua equipe usando RIXS de alta resolução (Espalhamento Inelástico de Raios-X ressonante), na linha de luz I21 da Diamond Light Source. Esta descoberta descrita em seu artigo publicado recentemente em Cartas de revisão física abre novas oportunidades para estudar e compreender essas excitações de carga coletiva e seu papel na supercondutividade. Isso pode tornar possível projetar supercondutores de temperatura muito alta, que se prestam a aplicações práticas, como transmissão de energia altamente eficiente.
Os supercondutores de cuprato são uma família de compostos cerâmicos nos quais os blocos isolantes são colocados entre camadas de cobre e átomos de oxigênio. Quando dopado com átomos adequados, esses materiais se tornam supercondutores, isso é, a resistividade elétrica cai a zero abaixo das temperaturas críticas. Os cientistas estão constantemente se esforçando para projetar supercondutores que possam funcionar em temperatura ambiente. Contudo, isso requer uma compreensão mais completa de como as cargas dopadas se comportam coletivamente.
Cientista Principal da Beamline na Diamond, e investigador principal, Dr. Ke-Jin Zhou explica que em 2018, pesquisadores da Universidade de Stanford usando RIXS no European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), finalmente fez uma descoberta e detectou plasmons acústicos, um tipo de excitação de carga coletiva, em um supercondutor de cuprato tipo n (dopado com elétrons) 1 . Por causa de sua sensibilidade de carga, RIXS é a ferramenta perfeita para estudar o comportamento de carga coletiva. Ele oferece uma imagem muito mais completa do que (por exemplo) o espalhamento inelástico de nêutrons, espalhamento Raman óptico ou espectroscopia de perda de energia de elétrons. Os pesquisadores de Stanford investigaram o cuprato dopado com elétrons LCCO (óxido de cobre de cério e lantânio), usando Cu eu 3 -RIXS, que se concentra nos átomos de cobre.
Usando RIXS na Diamond, em 2020, a equipe confirmou a presença de plasmons acústicos em supercondutores cuprato dopados com buraco do tipo p e que eles estão principalmente associados aos átomos de oxigênio. “São resultados notáveis. Parece que as excitações de carga coletiva têm forte preferência no espaço, apesar do fato de que as cargas associadas aos átomos de Cu e O são fortemente hibridizadas entre si. Entender isso pode nos ajudar a esclarecer o estado fundamental dos supercondutores cuprato, ", diz o autor principal, Dr. Abhishek Nag.
Não há muitos cuprates tipo n, e eles têm temperaturas críticas relativamente baixas. Isso significa que oferecem oportunidades limitadas para pesquisadores que desejam explorar como esse comportamento coletivo muda com a temperatura. Há um número maior de cupratos do tipo p (dopados com orifícios), e geralmente têm temperaturas de transição mais altas. Encontrar plasmons acústicos em cupratos do tipo p esclarece sua presença universal, independentemente do sinal das cargas dopadas em supercondutores de cuprato, e também abrir novos caminhos para a pesquisa.
Fig. 2. Linha de luz I21 RIXS na fonte de luz Diamond, REINO UNIDO, cuja nova capacidade de rotação contínua do espectrômetro levou a esta descoberta. Crédito:Diamond Light Source
O estudo não se limita aos cupratos. RIXS também pode lançar luz sobre o comportamento do plasmon em outros supercondutores em camadas, incluindo pnictides de ferro e os supercondutores de níquel recém-descobertos.
"O objetivo desta pesquisa é melhorar nossa compreensão fundamental do mecanismo pelo qual ocorre a supercondutividade. Como agora sabemos que plasmons acústicos estão presentes em supercondutores de cupratos do tipo n e p, e as rotas específicas para estudá-los em cada tipo, podemos nos concentrar em descobrir se eles desempenham algum papel na supercondutividade. Isso pode, por sua vez, tornam possível projetar supercondutores de temperatura muito alta, que se prestam a aplicações práticas, como transmissão de energia altamente eficiente, "acrescenta o Dr. Ke-Jin Zhou.
A equipe afirma que o trabalho relatado apenas marca o início da pesquisa do plasmon em supercondutores. Eles planejam continuar a usar RIXS para explorar plasmons acústicos em supercondutores cuprate, investigando diferentes materiais, e diferentes níveis de doping, em uma faixa de temperaturas acima e abaixo da temperatura crítica.
O estudo detalha como eles demonstraram a existência de plasmons acústicos de baixa frequência fortemente dispersivos em um extenso O K - Estudo RIXS de dois materiais de cuprato tipo p representativos:La 1,84 Sr 0,16 CuO 4 (LSCO) e Bi 2 Sr 1,6 La 0,4 CuO 6 + δ (Bi2201). Seus resultados mostram que a natureza dos plasmons acústicos é semelhante em cupratos com diferentes tipos de cargas dopadas.
O artigo denominado "A natureza das excitações de plasmon em supercondutores de cuprato dopados com orifícios" é publicado em Cartas de revisão física .
