Forskning: Ny syn på okonventionell supraledning

2021-11-10

Mekanismen som leder till okonventionell supraledning i kopparoxidbaserade och järnbaserade supraledare har blivit mycket omdiskuterad. Uppsalafysiker visar nu att konventionella gittervibrationer mycket väl kan ge upphov till okonventionell supraledning, vilket man tidigare inte trott.

Supraledning i ett material uppstår när två elektroner som vanligtvis stöter bort varandra bildar ett Cooperpar som rör sig fritt genom materialet utan energiförlust. I de flesta material är det gittervibrationerna, som även kallas fononer, som orsakar att Cooperparen bildas. Det supraledande tillståndet kännetecknas även av att ett supraledande gap bildas i elektronernas energiband. I många supraledare är det supraledande gapet oberoende av elektronernas vågvektor och därmed isotropiskt och har samma tecken och storlek i det reciproka rummet.

Det beräknade supraledande gapet av en kopparoxidbaserade supraledare vid en temperatur på 60 K. Gapet byter tecken och är positiv eller negativ beroende på k, där k (=(kx,ky)) är en vektor i det reciproka rummet. Bild: Fabian Schrodi.

Men det finns dock också ovanliga, viktiga supraledare som inte passar in i den klassiska bilden. Det gäller framförallt högtemperaturkopparoxid- och järnbaserade supraledare som har ett supraledande gap som inte är isotropiskt men även byter tecken som en funktion av vågvektorn. Dessa supraledare kallas därför okonventionella. Det har länge varit en gåta vilken mekanism som sammanbinder Cooperparen i en okonventionell supraledare. Eftersom det ansågs att gittervibrationer inte kunde ge upphov till en okonventionell gapsymmetri har det blivit vanligt att tillskriva okonventionell supraledning elektroniska mekanismer, framförallt spinnfluktuationer som kan förklara den ovanliga gapsymmetrin.

Genom detaljerade beräkningar har nu Uppsalafysikerna Fabian Schrodi, Peter Oppeneer och Alex Aperis bevisat att konventionella, isotropiska gittervibrationer mycket väl kan förklara okonventionell supraledning i kopparoxidbaserade, järnbaserade och starkt korrelerade supraledare. Detta har de gjort genom att utveckla en teori för supraledning som inkluderar nästa ordningens Feynmandiagram för elektron-fonon-växelverkan. Teorin baseras på Eliashbergs teori för supraledning men går ett steg utöver den. Uppsalaforskarnas noggranna beräkningar ledde överraskande nog till upptäckten av den ovanliga gapsymmetrin som tidigare observerats i experimenten, vilket innebär att gittervibrationen faktiskt kan vara orsaken till okonventionell och högtemperaturssupraledning.

– Det var förbluffande att våra beräkningar för specifika material gav precis den typ av okonventionell supraledning som är känd från experimenten. Det öppnar upp för att komma ett steg närmare att lösa frågan vad mekanismen bakom okonventionell supraledning egentligen är, säger Fabian Schrodi, som nyligen disputerat vid institutionen för fysik och astronomi.

Artikelreferens

F. Schrodi, P. M. Oppeneer, and A. Aperis, Unconventional superconductivity mediated solely by isotropic electron-phonon interaction. Physical Review B – Letter 104, L140506 (2021). Publikationsdatum: 28 oktober, 2021

DOI:https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.104.L140506

Läs mer

Uppsala Superconductivity (UppSC) code 

Kontakt

Dr. Fabian Schrodi, fabian.schrodi@physics.uu.se
Prof. Peter Oppeneer, peter.oppeneer@physics.uu.se
Dr. Alex Aperis, alex.aperis@physics.uu.se

Camilla Thulin

Senast uppdaterad: 2021-10-22