Pristupačnost
Znanstvenici s Fizičkog odsjeka Damjan Pelc, Miroslav Požek i Neven Barišić, u suradnji s kolegama s Instituta za fiziku (Zagreb), iz Austrije (TU Wien) te iz SADa (University of Minnesota), predložili su fenomenološki model visokotemperaturnih supravodiča na bazi bakrenih oksida (skraćeno: kuprata), koji na jednostavan način objašnjava i povezuje najvažnija svojstva tih materijala. Rad je objavljen u časopisu Science Advances.
Tijekom tri desetljeća od otkrića visokotemperaturne supravodljivosti u kupratima, postavljeno je mnoštvo teorijskih modela koji objašnjavaju pojedine aspekte tih složenih materijala. No tek u posljednjih nekoliko godina pojavili su se eksperimentalni rezultati koji jednoznačno pokazuju neka važna univerzalna svojstva kuprata. U dobivaju tih rezultata presudnu ulogu su imali naši znanstvenici te ti rezultati do sada nisu bili obuhvaćeni teorijskim modeliranjem. Rad u Science Advances predlaže fenomenološki model koji na sveobuhvatan način tumači ono što su dali spomenuti eksperimenti. Najvažniji elementi predloženog modela su: elektronski sustav u kupratima može se razdvojiti na dvije komponente – delokaliziranu i lokaliziranu; delokalizirana komponenta se ponaša u skladu s konvencionalnom teorijom Fermijevih tekućina; lokalizirana stanja od Fermijevog nivoa su odvojena energentskim procjepima; procijepi su nehomogeni u prostoru kao posljedica intrinzičnog nereda.
Model koji je razrađen unutar ovih istraživanja jednostavno kvantificira eksperimentalne činjenice, i ima duboke implikacije. Prije svega, dovodi do razumijevanja električnog transporta u čitavom faznom dijagramu kuprata, uključujući precizan opis netrivijalne ovisnosti vodljivosti o temperaturi i koncentraciji nosioca naboja. Također, objašnjava ponašanje gustoće supravodljivih nosioca kroz fazni dijagram, pokazujući da je lokalizirana komponenta potrebna za supravodljivo sparivanje. Prema tome, predloženi model je jako važan korak u istraživanju kuprata, jer daje sveobuhvatni okvir za razumijevanje njihovih univerzalnih svojstava.
Slika 1 prikazuje eksperimentalnu i modeliranu ovisnost gustoće supravodljivih nosioca na 0 K u ovisnosti o koncentraciji šupljina u kupratima. Također je shematski prikazan proces postupne delokalizacije lokaliziranih nosioca s dopiranjem.
Slika 2 prikazuje eksperimentalni (lijevo) i modelirani (desno) fazni dijagram kuprata La2-xSrxCuO4, dobiven iz druge derivacije otpornosti po temperaturi. Dijagonalna crvena linija u eksperimentalnom faznom dijagramu odgovara strukturnom prijelazu, koji nije uključen u model.
D. Pelc, P. Popčević, M. Požek, M. Greven, N. Barišić, Unusual behavior of cuprates explained by heterogeneous charge localization. Sci. Adv. 5, eaau4538 (2019).
