Superstripes
Superstripes är ett generiskt namn för en fas med rumslig bruten symmetri som gynnar uppkomsten av supraledande eller superfluid kvantordning. Detta scenario uppstod på 1990-talet när icke-homogena metalliska heterostrukturer vid atomgränsen med en bruten rumslig symmetri har visat sig gynna supraledning. Innan en bruten rumslig symmetri förväntades konkurrera och undertrycka den supraledande ordningen. Drivmekanismen för förstärkningen av den supraledningstemperaturen i superrandmaterial har föreslagits vara formresonansen i energigapsparametrarna ∆n som är en typ av Fano-resonans för samexisterande kondensat.
Superränderna visar multigap supraledning nära en 2,5 Lifshitz-övergång där renormaliseringen av kemisk potential vid metall-till-supraledare-övergången inte är försumbar och den självkonsistenta lösningen av gap-ekvationen krävs. Superstripes lattice-scenariot är gjort av pölar av multigap superstripes-material som bildar ett supraledande nätverk där olika luckor inte bara är olika i olika delar av k-utrymmet utan också i olika delar av det verkliga rummet med en komplex skalfri fördelning av Josephson-övergångar .
Historia
Termen superränder introducerades 2000 vid den internationella konferensen om "Stripes and High T c Superconductivity" som hölls i Rom för att beskriva den speciella fasen av materia där en bruten symmetri uppträder vid en övergång från en fas med högre dimensionalitet N (3D eller 2D) till en fas med lägre dimensionalitet N-1 (2D eller 1D) gynnar den supraledande eller superflytande fasen och det skulle kunna öka den normala till supraledande övergångstemperaturen med eventuell uppkomst av högtemperatursupraledning . Termen superstripescenario introducerades för att göra nyckelskillnaden med stripescenariot där fasövergången från en fas med högre dimensionalitet N (som en 2D elektrongas) till fasen med bruten symmetri och lägre dimensionalitet (som en kvasi 1D randig vätska) konkurrerar och undertrycker övergångstemperaturen till superfluidfasen och gynnar modulerad randig magnetisk ordning. I den brutna symmetrin av superränders fas existerar den strukturella moduleringen och gynnar högtemperatursupraledning.
Högtemperatursupraledning i heterostrukturer vid atomgräns
Förutsägelsen av övergångstemperaturer för supraledning vid hög temperatur anses med rätta vara ett av de svåraste problemen inom teoretisk fysik. Problemet förblev svårfångat i många år eftersom dessa material i allmänhet har en mycket komplex struktur, vilket gör att teoretisk modellering inte är användbar för ett homogent system. Framstegen inom experimentell undersökning av lokala gitterfluktuationer har drivit samhället till slutsatsen att det är ett problem för kvantfysik i komplex materia. Ett växande paradigm för högtemperatursupraledning i superränder är att en nyckelterm är kvantinterferenseffekten mellan parningskanaler, dvs en resonans i den utbytesliknande, Josephson-liknande paröverföringstermen mellan olika kondensat. Kvantkonfigurationsinteraktionen mellan olika parningskanaler är ett särskilt fall av formresonans som tillhör gruppen Fano Feshbach-resonanser inom atom- och kärnfysik. Den kritiska temperaturen visar en undertryckning, på grund av en Fano-antiresonans, när den kemiska potentialen är avstämd vid en bandkant där en ny Fermi-ytfläck uppträder, dvs. en "elektronisk topologisk övergång" (ETT) eller 2,5 Lifshitz-övergång eller en metall- topologisk övergång till metall. Tc- förstärkningen slås på när den kemiska potentialen är avstämd ovanför bandkanten i ett energiområde bort från bandkanten av storleksordningen 1 eller 2 gånger energiavbrottet från parningsinteraktionen. Tc förstärks ytterligare vid formresonansen om Fermi-ytan på den uppträdande fermi-ytfläcken inom detta område ändrar sin dimensionalitet (till exempel Lifshitz-övergången för att öppna en hals i en rörformig Fermi-yta) . Inställningen av den kemiska potentialen vid formresonansen kan erhållas genom att ändra: laddningstätheten och/eller supergittrets strukturella parametrar, och/eller supergittrets felanpassade stam och/eller störningen. Direkta bevis för formresonanser i superrandmaterial tillhandahålls av den anomala variationen av isotopeffekten på den kritiska temperaturen genom att justera den kemiska potentialen.
Material
Det var känt att högtemperatur-kupratsupraledaren har en komplex gitterstruktur. År 1993 föreslogs att dessa material tillhör en speciell klass av material som kallas heterostrukturer vid atomgränsen gjorda av ett supernät av supraledande atomskikt inskjutna av ett annat material med rollen som spacer.
Alla nya högtemperatursupraledande material som upptäcktes under åren 2001–2013 är heterostrukturer vid atomgränsen gjorda av de aktiva atomskikten: bikakeborskikt i diborider, grafen i interkalerad grafit, CoO 2 atomära bbc monoskikt i koboltater, FeAs atomära fluorit pnictider, FeSe-atomära fluoritmonoskikt i selenider.
I dessa material inducerar den gemensamma effekten av att (a) öka töjningen av gallrets felpassning till ett kritiskt värde, och (b) justering av den kemiska potentialen nära en Lifshitz-övergång i närvaro av elektron-elektroninteraktioner en gitterinstabilitet med bildandet av nätverket av supraledande randiga pölar i en isolerande eller metallisk bakgrund.
Detta komplexa scenario har kallats "superstripes-scenario" där 2D-atomskikten visar funktionella gitterinhomogeniteter: "krusningar pölar" av lokal gitterdistorsion har observerats i La 2 CuO 4+ y i Bi222 ; randiga pölar av ordnade dopämnen i distansskikten har setts i superoxygenerad La 2 CuO 4 och i YBaCuO Nätverket av supraledande randiga pölar har hittats även i MFeAs pnictider och nyligen i KFeSe selenider
Självorganisering av gallerdefekter kan kontrolleras med strain engineering . och fotoinducerade effekter.
Superränder i Bose Einstein Condensates
Superränder (även kallade Stripe Phase) kan också bildas i Bose Einstein Condensates (BEC) med Spin orbit-koppling . Spinnomloppskopplingen uppnås genom att välja 2 spinntillstånd från mångfalden av hyperfina tillstånd för att kopplas till en tvåfotonprocess. För svag koppling har den resulterande Hamiltonian ett spektrum med ett dubbelt degenererat grundtillstånd i det första bandet. I denna regim kan enstaka partikeldispersionsrelationen vara värd för en BEC i varje minima. Resultatet är att BEC har 2 momentumkomponenter som kan störa i verkliga rymden. Interferensmönstret kommer att visas som fransar i tätheten av BEC. Periodiciteten för fransarna är ett resultat av Raman-kopplingsstrålens våglängd modifierad av kopplingsstyrkan och av interaktioner inom BEC. Spinnomloppskoppling bryter systemets mätarsymmetri och tidsomkastningssymmetrin. Bildandet av ränderna bryter en kontinuerlig translationssymmetri.
De senaste försöken har försökt observera randfasen i en Rubidium-87 BEC, men ränderna var för små och för låg kontrast för att kunna detekteras.
Under 2017 rapporterade två forskargrupper från ETH Zürich och från MIT om den första skapandet av ett supersolid med ultrakalla kvantgaser. MIT-gruppen exponerade ett Bose-Einstein-kondensat i en dubbelbrunnspotential för ljusstrålar som skapade en effektiv spin-omloppskoppling. Interferensen mellan atomerna på de två spin-orbit-kopplade gitterplatserna gav upphov till en densitetsmodulering som etablerar en randfas med supersolidegenskaper.