Dr Damian Rybicki oraz prof. Czesław Kapusta we współpracy z zespołem prof. Juergena Haase z Uniwersytetu w Lipsku opublikowali pracę (Nature Commun. 7 (2016) 11413) dotyczącą miedziowo-tlenowych nadprzewodników wysokotemperaturowych. Charakteryzują się one najwyższymi temperaturami przejścia w stan nadprzewodzący (T_c) pod normalnym ciśnieniem. Cały czas są prowadzone nad nimi badania, zarówno teoretyczne jak i eksperymentalne, mające na celu pełne zrozumienie mechanizmu nadprzewodnictwa oraz, oczywiście, otrzymanie materiałów o wyższych temperaturach T_c. Ze względu na dużą ilość rodzin tych materiałów i różnice w ich własnościach znalezienie zależności i praw, które opisują wszystkie takie nadprzewodniki może mieć ogromne znaczenie dla pełnego zrozumienia mechanizmów nadprzewodnictwa. Obecnie znanych jest tylko kilka takich zależności. Na szczególne podkreślenie zasługuje zatem fakt, że wyniki własnych badań opublikowanych wcześniej (Phys. Rev. B 90 (2014) 140504) zostały wykorzystane do znalezienia zależności opisujących wszystkie nadprzewodniki miedziowo-tlenowe.

Analiza wyników pomiarów metodą magnetycznego rezonansu jądrowego (MRJ) pozwoliła na dokładne oszacowanie koncentracji ładunku (dziur i elektronów) na miedzi oraz na tlenie w płaszczyźnie CuO₂, która jest podstawowym elementem budulcowym wszystkich nadprzewodników miedziowo-tlenowych. Zauważono, że maksymalna temperatura krytyczna T_c,max, którą materiały osiągają dla tzw. „domieszkowania optymalnego”, rośnie ze wzrostem koncentracji ładunku (dziur) na tlenie w płaszczyźnie miedziowo-tlenowej. Co więcej, zauważono że zależność ta odpowiada relacji Uemury, która opisuje związek T_c,max z tzw. „gęstością supercieczy” (z ang. superfluid density), która z kolei mówi o tym jak dobrym nadprzewodnikiem jest badany materiał. Relacja Uemury ma olbrzymie, uniwersalne znaczenie, ponieważ po niewielkiej modyfikacji opisuje wszystkie nadprzewodniki (nie tylko miedziowo-tlenowe). Co jest bardzo istotne, koncentracja dziur na tlenie wyznaczona z pomiarów MRJ nie zależy od temperatury. Oznacza to, że dokonując pomiarów MRJ nawet w temperaturze pokojowej można przewidzieć jaka może być T_c,max dla badanej rodziny nadprzewodników. Ponadto, używając koncentracji dziur na tlenie i miedzi wykreślono nowy diagram fazowy zawierający wszystkie nadprzewodniki miedziowo-tlenowe. W bardzo prosty sposób wyjaśnia on dlaczego różne rodziny tych nadprzewodników mają tak zróżnicowane wartości T_c,max. Zasugerowano również, że aby otrzymać nadprzewodniki miedziowo-tlenowe o temperaturach T_c wyższych niż osiągane obecnie, trzeba zwiększyć koncentrację dziur na tlenie kosztem miedzi.

Opublikowana praca może pomóc w zrozumieniu zjawiska nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego oraz w uzyskaniu materiałów o wyższych temperaturach przejścia w stan nadprzewodzący.

To szósta praca Pracowników WFiIS opublikowana w prestiżowych czasopismach grupy NPG w ciągu ostatnich dziesięciu miesięcy.

Autorom serdecznie gratulujemy!